Gaya Gesek Kinetis : Pengertian, Rumus dan Contoh Soal
Gaya gesek terjadi jika permukaan dua zat bersentuhan secara fisik. Menurut Leonhard Euler, ada dua macam gaya gesek yaitu gaya gesek statis (fs) dan gaya gesek kinetis (fk). Kinetis artinya bergerak. Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang terjadi antara dua benda setelah benda tersebut bergerak.
Gambar di samping adalah grafik antara gaya normal dengan gaya gesek kinetis. Maka menurut gradien grafik di samping, koefisien gesek kinetis (μk) dapat dinyatakan dengan:
μk= tan β
μk= f k/N
fk= μk.N
keterangan:
fk = gaya gesek kinetik(N)
μk= koefisien gesek kinetis
N = gaya normal (N)
- Jika F penggerak > fs maksimum, maka benda bergerak dan yang bekerja adalah fk (gaya gesek kinetis).
- Jika F penggerak = fs maksimum maka benda dikatakan tepat akan bergerak. Sehingga gaya gesek yang bekerja pada benda = fs maks.
- Jika F penggerak < fs maksimum, maka benda dikatakan belum bergerak dan gaya gesek yang bekerja pada benda sebesar F penggerak.
Contoh soal:
Kayu bermassa 100 kg ditarik dijala. Jika koefisien gesek kinetisnya 0,2 dan percepatan gravitasi 9,8m/s², berapa gaya gesek kinetisnya?
Penyelesaian:
Diketahui: m=100 kg ; μk=0,2 ; g =9,8m/s²
Ditanyakan: fk…………?
jawab:
fk= μk.N
fk= μk.(m.g)
fk=0,2.(100kg.9,8m/s²)
fk=196 N
Baca juga: Massa Jenis, Rumus Massa Benda.
Gaya Gesek Kinetis pada Bidang Datar
Gaya gesek pada bidang datar dapat lebih dipahami dengan memperhatikan analisis beberapa contoh soal berikut ini:
Contoh Soal 1:
Ketika Hadi menghapus papan tulis, penghapus ditekan ke papan tulis dengan gaya 8 N. Berat penghapus 0,8 N dengan koefisien gesek kinetis antara penghapus dan papan tulis adalah 0,4, maka berapa gaya yang harus diberikan lagi oleh Hadi kepada penghapus agar saat menghapus ke arah bawah dengan kecepatan penghapus adalah tetap ?
Penyelesaian:
Kita harus menguraikan gaya-gaya yang bekerja pada penghapus di papan tulis agar memudahkan mengerjakan
Keterangan:
A = gaya tekan pada penghapus ke papan tulis (N)
N = gaya normal (N)
w = gaya berat penghapus (N)
B = gaya dorong ke penghapus ke arah bawah (N)
f = gaya gesek dalam soal ini adalah gaya gesek kinetis (N)
Diketahui : F = 8 N ; μk = 0,4
Ditanyakan: B….?
Jawab:
Pada sumbu x, penghapus tidak mengalami pergerakan, artinya kedudukannya tetap. resultan pada sumbu x atau sumbu mendatar adalah nol.
∑Fx = 0
A – N = 0
A = N
8 newton = N
N = 8 newton
Penghapus bergerak ke bawah dengan kecepatan tetap. Benda dengan kecepatan tetap berarti nilai percepatannya adalah nol, sehingga pada sumbu y berlaku persamaan :
∑Fy = 0
fk – w – B = 0
μk. N – w – B = 0
0,4 . 8 – 0,8 – B = 0
B = 2,4 N
gaya yang harus diberikan lagi oleh Hadi kepada penghapus agar saat menghapus ke arah bawah adalah 2,4 N.
Baca juga: Gelombang Bunyi.
Contoh Soal 2:
Mainan mula-mula diam memiliki massa 500 gram memiliki koefisien gesek statis 0,4. Dimainkan di atas lantai dengan koefisien gesek kinetis 0,2. Jika mesin mobil menghasilkan gaya dorong sebesar 10 N dalam 2 sekon, berapa jarak yang ditempuh mobil mainan itu selama gayanya bekerja? (percepatan gravitasi = 10 m/s²)
Penyelesaian:
Uraian komponen gayanya:
Gaya normal merupakan resultan dari gaya normal yang bekerja pada masing-masing roda. Begitu juga gaya gesek merupakan resultan dari gaya gesek yang bekerja pada roda.
Diketahui: F = 10 N ; m = 500 g = 0,5 kg ; μs =0,4 ; mk = 0,2 ; t = 2 s
Ditanyakan: s………. ?
Tentukan gaya gesek statis maksimumnya :
fsmak =μs . N
fsmak = μs . m . g
fsmak = 0,4 . 0,5 . 10
fsmak = 2 N
Gaya penggerak F = 10 N lebih besar dibandingkan dengan fsmak, sehingga benda bergerak, dan besar gaya geseknya adalah gaya gesek kinetis.
f = mk . N
f = mk . m . g
f = 0,2 . 0,5 . 10
f = 1 N
Masukkan dalam persamaan hukum Newton yang ke II (Baca juga: Penerapan Hukum Newton Dalam Kehidupan Sehari-hari) :
∑F = m . a
F – f = m . a
10 – 1 = 0,5 . a
9 = 0,5 . a
a = 18 m/s²
Masukkan dalam persamaan :
St = vo . t + ½ . a. t²
St = 0 . 2 + ½ . 18. 2² (mula-mula diam berarti vo = 0)
St = 36 m
Jarak yang ditempuh mobil mainan itu selama gayanya bekerja adalah 36 meter.
Gaya Gesek Kinetis pada Katrol
Dua buah benda atau lebih yang dihubungkan pada tali dengan sistem katrol akan memudahkan kita menggerakan benda tersebut ke atas ke bawah. Perhatikan contoh soal berikut untuk lebih mudah memahami!
Contoh Soal:
Balok A = 2 kg dihubungkan dengan tali ke balok B = 4 kg pada bidang datar, kemudian balok B dihubungkan dengan katrol di tepi meja yang terhubung dihubungkan dengan balok C = 4 kg yang tergantung di samping bidang datar. Jika koefisien gesek kinetik dan statis antara balok A dan B terhadap bidang datar adalah 0,2 dan 0,3. Berapa tegangan tali antara balok A dan B ?
Penyelesaian :
Berikut uraian gaya-gaya yang bekerja pada sistem katrol pada balok A, B dan C
Diketahui: mA = 4 kg ; mB = 2 kg ; mC = 4 kg ; μs = 0,3 ; μk = 0,2
Ditanyakan: T…?
Tentukan gaya gesek statis maksimum dari benda A dan B :
f smak a =μs . Na dimana Na = wa = ma . g
sehingga:
f smak a = μs . ma . g
f smak a = 0,3 . 2 . 10
f smak a = 0,3 . 2 . 10
f smak a = 6 N
f smak b = μs . Nb dimana Nb = wb = mb . g
sehingga :
f smak b = μs . mb . g
f smak b = 0,3 . 4 . 10
f smak b = 12 N
Sedang gaya penggerak sistem adalah wc:
wc = mc . g
wc = 4 . 10
wc = 40 N
didapatkan gaya penggeraknya addalah 40 N, dan gaya penghambatnya adalah 18 N, sehingga masih besar gaya penggerak, maka gaya gesek yang diperhitungkan adalah gaya gesek kinetis.
f k a = μk . Na dimana Na = wa = ma . g
sehingga:
f k a = μk . ma . g
f k a = 0,2 . 2 . 10
f k a = 4 N
f k b = μk. Nb dimana Nb = wb = mb . g
sehingga :
f k b = μk . mb . g
f k b = 0,2 . 4 . 10
f k b = 8 N
menggunakan hukum Newton yang kedua:
∑F = m .a
(gaya yang searah gerakan benda bernilai positif, yang berlawanan bernilai negatif)
wc – T2 + T2 – T2 + T2 – fkb – T1 + T1 – fka = (ma + mb + mc) . a
40 – 8 – 4 = (2 + 4 + 4) . a
28 = 10 . a
a = 2,8 m/s2
Tegangan tali antara A dan B adalah T1, yang dapat diperoleh dengan memperhatikan balok A atau B.
Misalkan diperhatikan balok A, maka diperoleh:
∑F = m .a
T1 – 4 = 2 . 2,8
T1 – 4 = 5,6
T1 = 9,6 N
Sehingga tegangan tali antara balok A dan B adalah 9,6 N.
Itulah penjelasan gaya gesek kinetis. Semoga dapat dimengerti dan menambah wawasan.
