Rumus Gaya Gesekan

HermanAnis.com – Teman-teman semua, pada Seri Fisika Dasar kali ini, kita masih akan membahas topik yang berkaitan dengan gaya gesek yaitu Rumus Gaya Gesek.

Fokus pembahasan akan menguraikan rumus gaya gesek statis, gaya gesek kinetis, dan rumus gaya gesek pada bidang miring.

Gaya gesek adalah gaya yang bekerja pada dua permukaan yang saling bersentuhan dan arahnya berlawanan dengan arah gerak benda. Gaya gesek di simbolkan dengan f. Rumus gaya gesek secara umum adalah:

f = µ x N

Keterangan:

f = gaya gesek (N)
µ = koefisien gaya gesek
N = gaya normal (N)

Gaya gesek adalah salah satu bentuk gaya, sehingga gaya gesek juga merupakan besaran vektor. Besaran ini memiliki besar dan arah. Sekarang mari kita bahas satu persatu rumus gaya gesek.

Koefisien gesekan µ tidak bersatuan. Dalam penerapannya, terdapat dua jenis koefisien gesekan yakni koefisien gesekan statis µ_s dan koefisien gesekan kinetis µ_k.

Berikut beberapa nilai koefisien gesekan beberapa jenis bahan.

Sementara gaya normal N adalah gaya yang bekerja pada bekerja pada benda yang terletak pada suatu bidang. Arah gaya normal tegak lurus terhadap bidang.

A. Rumus gaya gesek statis

Perhatikan gambar di bawah ini!

Sebuah buku berada di atas meja. Buku tersebut di tarik dengan gaya F ke depan. Akibat gaya tarik tersebut maka antara permukaan buku dan meja terjadi interaksi berupa gesekan.

Interaksi inilah yang kita sebut sebagai gaya gesek yang di simbolkan sebagai f.

Ketika benda masih dalam keadaan diam, maka rumus gaya gesek adalah:

f_s = µ_s x N

Keterangan:

f_s = gaya gesek statis (Newton)
µ_s = koefisien gaya gesek statis
N = gaya normal (Newton)

Besar gaya gesekan statis f_s hanya di pengaruhi oleh koefisien gesekan statis µ_s dan gaya Normal N.

Namun perlu teman-teman pahami bahwa koefisien gesekan µ_s pada keadaan ini adalah koefisen gesekan maksimum. Olehnya itu f_s merepresentasikan gaya gesekan statis maksimum.

Kriteria gaya gesekan maksimum f_s yang di maksud adalah keadaan ketika benda tepat akan bergerak. Pada keadaan tepat akan bergerak, gaya gesekan yang bekerja maksimum.

Perhatikan gambar di bawah ini!

Misalkan benda dalam keadaan diam. Besar gaya gesekan adalah:

f_s = µ_s x N

Karena benda dalam keadaan diam, maka berlaku hukum newton pertama, yakni jumlah gaya yang bekerja pada benda adalah nol. Baik pada arah sumbu x maupun arah sumbu y.

Kita lihat pada arah sumbu x,

maka dapat di tuliskan,

F – f_s =0 atau F = f_s

Ini berarti bahwa pada saat benda dalam keadaan diam besarnya gaya tarik atau gaya dorong selalu sama dengan gaya gesek. Ingat, ini hanya untuk kasus ini yah.

Sementara untuk arah sumbu y,

maka dapat di tuliskan,

N – W =0 atau N = W

karena W adalah gaya berat, W = mg

maka N = mg

Sehingga besar gaya gesekan statis f_s yang bekerja pada benda adalah,

f_s = µ_s x N atau

f_s = µ_s x mg

B. Rumus gaya gesekan kinetis

Perhatikan gambar di bawah ini!

Jika gaya tarik atau gaya dorong F lebih besar dari gaya gesekan f_s, maka benda akan bergerak di percepat dengan percepatan a dan kecepatan v. Pada keadaan bergerak ini, gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis.

Besar gaya gesek kinetis f_k selalu lebih kecil dari pada gaya gesek statis maksimum f_s dengan kriteria f_k < f_s. hal ini di sebabkan oleh karena µ_k < µ_s.

f_k = µ_k x N

Keterangan:

f_k = gaya gesek kinetik (N)
µ_k = koefisien gaya gesek kinetik
N = gaya normal (N)

Bagaimana contoh penggunaan rumus gaya gesek kinetik, perhatikan gambar di bawah ini!

Misalkan benda di percepat dengan percepatan a.

Besar gaya gesekan kinetik adalah:

f_k = µ_k x N

Karena benda dipercepat dengan percepatan a, maka berlaku hukum newton kedua, yakni jumlah gaya yang bekerja pada benda adalah ma.

Sehingga pada arah sumbu x berlaku,

maka dapat di tuliskan,

F – f_k = ma atau F = ma + f_k

Ini berarti bahwa besarnya gaya yang di berikan (F) di pakai untuk mengalahkan gaya gesekan dan mempercepat benda (ma). Ingat, ini hanya untuk kasus ini yah.

Sementara untuk arah sumbu y,

maka dapat di tuliskan,

N – W =0 atau N = W

karena W adalah gaya berat, di mana:

W = mg

maka N = mg

Dengan demikian maka, besar gaya gesekan kinetis f_k yang bekerja pada benda adalah,

f_k = µ_k x N

f_k = µ_k x mg

Sehingga dari persamaan

F = ma + f_k

akan di peroleh:

F = ma + µ_k x mg

Dengan demikian maka dari persamaan ini, kita dapat menghitung besar percepatan benda.

C. Gaya gesekan pada bidang miring

Perhatikan gambar di bawah ini!

Misalkan ada sebuah kotak berada pada bidang miring. Sama dengan pada bidang datar rumus gaya gesek secara umum adalah:

f = µ x N

Yang membedakan rumus gaya gesek pada benda yang berada di bidang miring dan bidang datar adalah pada persamaan gaya normalnya. Besar gaya normal N yang bekerja pada benda di bidang datar sebesar gaya beratnya (W).

Nah, bagaimana dengan gaya Normal N pada bidang miring? Perhatikan gambar diagram bebas gaya di bawah!

Berdasarkan gambar, dalam arah sumbu y, berlaku hukum pertama newton.

Sehingga dapat di tuliskan,

N – W cosθ = 0 atau

N = W cosθ

Dengan demikian maka rumus gaya gesek pada bidang miring adalah:

f = µ x N

f = µ x W cosθ

Jika benda dalam keadaan diam, maka yang bekerja adalah gaya gesek statis. Rumus gaya gesek statis pada bidang miring adalah:

f_s = µ_s x W cosθ

sedangkan jika benda dipercepat, maka yang bekerja adalah gaya gesek kinetis. Rumus gaya gesek kinetis pada bidang miring yakni:

f_k = µ_k x W cosθ

Keterangan:

f_s = gaya gesek statis (N)
f_k = gaya gesek kinetis (N)
µ_s = koefisien gaya gesek statis
µ_k = koefisien gaya gesek kinetis
N = gaya normal (N)
θ = sudut bidang miring (⁰)
W = gaya berat benda (N)

Baca juga:
Manfaat Gaya Gesekan

terima kasih telah membaca artikel ini,
semoga bermanfaat.