Gaya Gesek : Contoh Soal dan Pembahasannya

HermanAnis.com – Teman-teman semua, topik bahasan kita pada Seri Fisika Dasar kali ini masih berkaitan dengan Gaya Gesek atau Friction Force yakni Contoh Soal Gaya Gesek.

Contoh soal yang di berikan akan fokus pada contoh soal menentukan gaya gesek statis dan kinetis pada bidang datar dan gaya gesek pada bidang miring.

Contoh soal terkait:

• Contoh Soal Dinamika Gerak 1 – Gerak relatif dua benda
• Contoh Soal Hukum Newton 2

A. Contoh Soal Gaya Gesek

Pembahasan Contoh Soal Gaya Gesek kita bagi menjadi dua bagian yakni gaya gesek pada bidang datar dan gaya gesek pada bidang miring.

Uraian selengkapnya sebagai berikut.

1. Contoh Soal Gaya Gesek pada Bidang Datar

Untuk memahami cara menentukan gaya gesek pada bidang datar simak contoh-contoh berikut ini!

Contoh soal gaya gesek 1. Perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar di atas menunjukkan sebuah benda bermassa m terletak di atas meja datar. Benda tersebut di tarik dengan gaya F ke kanan. Jika massa benda 2 kg dan koefisien gesek statis dan kinetis masing-masing adalah 0,6 dan 0,4 maka tentukanlah!

1. Gaya gesek statis maksimum antara permukaan benda dengan meja.
2. Besar gaya gesek yang bekerja pada benda jika di berikan gaya tarik 1 N, 2 N, 3N, … 12 N. Apakah benda bergerak?
3. Gaya gesek yang bekerja pada benda ketika bekerja gaya 13 N. Apakah benda sudah bergerak? jika bergerak berapa percepatannya?

Penyelesaian:

Langkah pertama untuk menyelesaikan soal model seperti ini adalah, gambarkan dulu gaya-gaya yang bekerja pada benda. Penggambaran gaya-gaya ini biasanya di sebut penggambaran diagram bebas gaya.

Diagram bebas gaya gaya yang bekerja pada benda sebagai berikut,

Perhatikan gambar di atas! Gaya tarik F bekerja ke arah kanan (sumbu x positif) maka kemungkinan gerak benda hanya bergerak ke kanan. Olehnya itu, benda tidak mungkin bergerak ke atas (arah sumbu y).

Sehingga pada arah sumbu y, berlaku hukum pertama newton yaitu:

N – W = 0 atau N = W

Karena rumusan gaya gesek adalah,

f = µ x N

Maka untuk benda tepat akan bergerak (gaya gesekan maksimum) dapat di tuliskan dalam bentuk,

f_s = µ_s x W

Sementara untuk benda dalam keadaan bergerak berlaku, gaya gesekan yang bekerja adalah,

f_k = µ_k x W

Nah, dari situ mari kita selesaikan soalan di atas.

Baca Juga: Contoh soal Tegangan Tali

a. Besar gaya gesek statis maksimum antara permukaan benda dengan meja.

Untuk menentukan besar gaya gesekan statis maksimum, kita bisa pakai persamaan

f_s = µ_s x W =µ_s x m x g

Karna m = 2 kg, µ_s= 0,6 dan kita gunakan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s² maka akan kita peroleh,

f_s = µ_s x m x g

f_s = 0,6 x 2 x 10 = 12 N

Dari hasil ini kita peroleh gaya gesek statis maksimum sebesar 12 N. Hal ini berarti untuk menggerakkan benda di butukan gaya tarik lebih besar dari 12 N.

Sampai di sini pahamkan maksud dari gaya gesekan statis maksimum.

b. Besar gaya gesek yang bekerja pada benda jika di berikan gaya tarik 1 N, 2 N, 3N, … 12 N. Apakah benda bergerak?

Telah di peroleh sebelumnya bahwa gaya gesekan statis maksimum adalah 12 N. Nah bagaimana jika gaya tarik hanya sebesar 1 N?

Perhatikan gambar berikut!

Gaya gesekan yang bekerja berapa? Sebagian besar mungkin akan menjawab 12 N. Yang menjawab seperti ini sepertinya mengalami miskonsepsi atau bisa juga memang tidak tahu.

Terus jawaban benarnya berapa? Jawabnya adalah 1 N.

Artinya, ketika benda di tarik dengan gaya F = 1 N, gaya tarik ini masih lebih kecil dari gaya gesek maksimum f_s (12 N), sehingga benda pasti masih dalam keadaan diam.

Karena benda dalam keadaan diam maka, hukum newton pertama harus berlaku pada keadaan ini.

Sehingga F = 1 N, maka f = 1 N juga.

Dengan begitu maka, jika gaya tarik F = 2 N maka gaya f yang bekerja 2 N. Jika F = 3 N maka, f = 3 N. Kemudian jika F = 4 N maka, f = 4 N dan seterusnya.

Ketika tarik gaya yang di berikan adalah 12 N, maka gaya gesek yang bekerja adalah 12 N. Keadaan benda pada saat ini di sebut benda tepat akan bergerak.

Pada saat keadaan benda tepat akan bergerak, tentunya benda masih diam. Sehingga masih berlaku hukum Newton pertama.

c. Besar gaya gesek yang bekerja pada benda ketika bekerja gaya 13 N. Apakah benda sudah bergerak? jika bergerak berapa percepatannya?

Untuk soalan ini, kita cek dulu apakah bendanya bergerak atau masih diam.

Dari analisis sebelumnya kita peroleh f_s = 12 N. Karena gaya F yang di berikan 13 N, dan ini lebih besar dari gaya gesekan statis maksimumnya (f_s) maka benda di pastikan bergerak.

Olehnya itu maka gaya gesekannya sudah menggunakan gaya gesekan kinetik (f_k).

Besar gaya gesekan kinetik (f_k),

f_k = μ_k N = μ_k x m x g

karena m = 2 kg, µ_k= 0,4 dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s² maka akan kita peroleh,

f_k = 0,4 x 2 x 10 = 8 N

Karena benda di pastikan bergerak ke arah kanan (sumbu x positif), maka percepatan benda dapat di cari dengan menerapkan hukum kedua newton,

F – f_k = ma

Sehingga percepatan benda adalah,

Karena, F = 13 N, f_k = 8 N dan m = 2 kg, maka akan di peroleh percepatan benda adalah,

a = (13 – 8)/2 = 2,5 N/kg

Percepatan benda yang di peroleh sebesar 2 N/kg. Kok bukan 2,5 m/s_², apa berbeda? sebenarnya sama saja. Namun, bagi teman-teman guru sebaiknya gunakan yang 2,5 N/kg, karena ini sepertinya lebih operasional.

2,5 N/kg, dapat kita maknai, pada benda bermassa 1 kg, bekerja total gaya sebesar 2,5 N. Karena benda bermassa 2,5 kg maka, gaya total yang bekerja adalah 5 N.

Nah, gaya total 5 N yang di maksud adalah hasil dari penjumlahan gaya-gaya yang bekerja (13 N – 8 N).

Sampai di sini mudah-mudahan bisa di paham.

2. Gaya Gesekan ada Bidang Miring

Selanjutnya kita bahas bagaimana cara memahami gaya gesek pada bidang miring!

Contoh soal gaya gesek 2.

Perhatikan gambar di bawah ini!

Sampai disini dulu, nanti dilanjutkan.

Baca Juga : Manfaat Gaya Gesek dalam Kehidupan Sehari hari 

Terima kasih telah membaca artikel ini,
semoga bermanfaat.

B. Point penting pada gaya gesek statis

Dari pembahasan contoh soal ini bisa kita simpulkan bahwa,

1. Ketika benda dalam keadaan diam besar gaya gesekan yang muncul sama besarnya dengan gaya tarik atau f = F dengan kriteria F ≤ f.
2. Gaya gesekan statis maksimum f_s bekerja pada saat benda tepat akan bergerak. Sehingga persamaan gaya gesek statis maksimum f_s = µ_s N biasanya di pakai untuk menentukan kriteria benda bergerak atau masih diam.
3. Jika gaya F atau gaya yang bekerja pada benda lebih kecil atau sama dengan gaya gesekan statis maksimum f_s maka benda dalam kedaaan diam. Jika gaya F yang bekerja pada benda lebih besar dari gaya gesekan statis maksimum f_s maka benda akan bergerak.

Catatan:

• Teman-teman perlu bedakan antara gaya gesekan f dengan gaya gesek statis maksimum f_s. Gaya gesek statis maksimum f_s adalah gaya gesek f yang maksmum. Nilai terbesar gaya gesek statis f adalah gaya gesekan statis maksimum yang di simbolkan dengan f_s.