Gaya Gesek Statis : 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).

• 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 maks, maka benda dikatakan belum bergerak dan gaya gesek yang bekerja pada benda sebesar F penggerak.

Statis berarti diam. Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang terjadi antara dua benda pada saat benda tersebut akan bergerak. Berlaku Hukum Newton I ,yaitu berhubungan dengan gaya normal (N).

∑F = 0

N – w = 0

N = m . g

Keterangan:

N:gaya normal(N)

m: massa benda (kg)

g : percepatan gravitasi (N)

Besar gaya gesek bergantung pada kasar licinnya permukaan. Tingkat sifat kasar licinnya permukaan benda disebut koefisien gesek(μ). Dan untuk gaya gesek statis disebut koefisien gesek statis(μs). Berikut gambar grafik antara gaya normal dengan gaya gesek statis. Dari gradien grafik tersebut maka :

μs = tan α

μs = fs / N

fs = μs . N

keterangan:

fs= gaya gesek statis(N)

μs= koefisien gesek statis

N= gaya normal (N)

Contoh Soal Gaya Gesek Statis pada Bidang Datar

• Contoh soal 1

Balok kayu bermassa 100 kg diletakan di lantai dan ditarik dengan koefisien gesek statis kotak dengan lantai 0,5. Berapa besar gaya gesek statisnya?

penyelesaian:

diketahui : m=100 kg

μs =0,5

g= 9,8 m/s²

ditanya: fs…………….?

jawab : fs= μs . N

= μs .( m.g)

= 0,5 . (100 kg . 9,8m/s²)

= 490 N

• Contoh Soal 2

Buku bermassa 200 gram berada di atas meja di dorong dengan gaya 4 N sejajar meja. Koefisien gesek statik sebesar 0,2. Buku , maka tentukan besar gaya gesek buku pada meja ? (g = 10 m/s²)

Penyelesaian:

gaya-gaya yang bekerja pada buku di atas meja digambarkan terlebih dahulu untuk mempermudah

Diketahui: m = 200 gram = 0,2 kg ; μs = 0,2 ; g = 10 m/s²

Menentukan gaya gesek statis maksimumnya:

fsmak = ms . N

fsmak = μs . w

fsmak = μs . m.g

fsmak = 0,2 . 0,2 . 10

fsmak = 0,4 N

Maka gaya statis pada buku tersebut adalah 0,4 N.

Contoh Soal Gaya Gesek Statis Bersudut

Contoh Soal :

Dedi menarik kayu bermassa 8 kg dengan membentuk sudut 60° terhadap lantai kasar dengan gaya 10 N. Dedi menarik kayu . Tentukan besar koefisien gesek statisnya saat balok dalam keadaan tepat akan bergerak!

Penyelesaian :

Gambaran gaya-gaya yang bekerja pada balok yang ditarik Dedi.

Diketahui:

F = 10 N ; m = 8 kg ; α = 60°

Ditanyakan: m s tepat akan bergerak….. ?

Saat tepat akan bergerak, maka gaya penggeraknya (F cos α) sama dengan gaya gesek statis maksimumnya.

F cos α = f smak

F cos α = μs N dimana N + F sin 60° = w karena ∑Fy = 0

F cos α = μs (w – F sin 60°)

10 cos 60° = μs (8 . 10 – (10 . 0,866))

5 = μs 71,33

μs = 0,07

Maka besar koefisien gesek statisnya saat balok dalam keadaan tepat akan bergerak adalah 0,07.

Baca juga: Gelombang Bunyi.

Gaya Gesek Statis pada Bidang Miring

Benda yang diletakkan pada bidang miring dapat menyebabkan suatu benda bergerak atau diam. Untuk memahami gaya yang mempengaruhi gerakan pada bidang miring pada prinsipnya sama dengan pada bidang datar, namun peruraian gaya pada bidang miring agak sedikit berbeda dengan bidang datar. Perhatikanlah penyelesaian contoh soal sebagai berikut:

Contoh Soal:

Kulkas diturunkan dari mobil truk bermassa 10 kg pada bidang miring truk dengan kemiringan 30° terhadap bidang datar. Jika koefisien gesek statis antara balok dan bidang miring adalah 0,75 serta nilai percepatan gravitasi 10 m/s², maka tentukan gaya gesek tepat akan bergerak kulkas pada bidang miring tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

M= 10 kg ; ms = 0,75 ; g = 10 m/s²

Ditanyakan: Fmiring …… ?

Untuk mempermudah kita gambarkan peruraian gayanya

Tentukan gaya gesek statis maksimumnya :

fsmak = μs . N

fsmak = μs . w cos 30°

fsmak = μs . m . g . cos 30°

fsmak = 0,75 . 10 . 10 . ½√3

fsmak = 64,952 N

mentukan gaya penggeraknya :

Fmiring = w sin  30°

Fmiring = m . g . sin 30°

Fmiring = 10 . 10 . 0,5

Fmiring = 50 N

Gaya penggeraknya lebih kecil dari gaya gesek statis maksimumnya maka benda dikatakan belum bergerak. Maka perlu di setting ulang kemiringan atau gaya tambahan agar memiliki tenaga penggerak dan dapat diturunkan ke bawah.

Baca juga: Massa Jenis, Rumus Massa Benda.

Gaya Gesek pada Tikungan Datar dan Tikungan Miring

Benda yang bergerak di tikungan terdapat unsur gaya sentripetal yang mengarah ke pusat lingkaran. Agar suatu benda dapat melakukan gerak melingkar dalam suatu tikungan tanpa selip atau tergelincir maka besar dari gaya gesek statisnya sama dengan gaya sentripetalnya.

Fs = m . v²/r dan fs =μs . N

Keterangan :

Fs = gaya sentripetal (N)

m = massa benda (kg)

v = laju linier benda (m/s)

r = jari-jari gerak melingkar pada tikungan (m)

fs = gaya gesek statis (N)

μs = koefisien gesek statis (tanpa satuan)

N = gaya normal pada benda (N)

Baca juga: Penerapan Hukum Newton Dalam Kehidupan Sehari-hari, Hukum Newton 3 dan Penjelasannya.

Contoh Soal:

Mobil balap belok pada tikungan datar dengan jari-jari kelengkungan 50 m dan kecepatan mobil 20 km/jam, tentukan koefisien gesek antara ban mobil dengan aspal jalan, agar mobil tidak selip!

Penyelesaian:

Gaya yang bekerja pada mobil

Diketahui: v = 20 km/jam ; r = 50 meter ; g = 10 m/s²

Ditanyakan: ms ……?

Gaya gesek statis senilai dengan gaya sentripetal

fs = Fs

fs = Fs

μs . N = m .v²/r saat mobil di tikungan datar maka N = w

μs . w = m .v²/r

μs . m . g  = m .v²/r

μs . g  = v²/r

μs = v²/(r .g)

μs =20² / (50 x 10)

μs = 0,8

Maka koefisien gaya gesek statis antara ban mobil dengan aspal jalan agar mobil tidak selip adalah 0,8.

Demikian penjelasan mengenai gaya gesek statis beserta contoh soal dan pembahasannya. Semoga bisa dimengerti dan dapat menambah wawasan.