Gaya gesek adalah suatu gaya yang berlawanan arah dengan gerak benda atau arah kecenderungan benda bergerak. Gaya gesek terjadi akibat adanya sentuhan antara dua buah benda. Simbol gaya gesek adalah f dan satuannya Newton (N).
Gambar 3.5 Arah gaya gesek berlawanan dengan arah gerak benda Contoh gaya gesek adalah gaya yang bekerja pada rem sepeda. Pada saat akan berhenti, karet rem pada sepeda akan bersentuhan dengan pelek sepeda sehingga sepeda dapat berhenti ketika dilakukan pengereman karena adanya gesekan antara karet rem dan pelek sepeda. Jika dua buah benda yang bergerak berlawanan saling bersentuhan maka akan terjadi gaya gesek. Gaya gesek yang melawan atau menahan gaya tarik atau dorongan memiliki besar yang berbeda-beda. Besar gaya gesek dipengaruhi oleh keadaan permukaan benda yang saling bersentuhan. Permukaan yang kasar akan menghasilkan gaya gesek yang lebih besar daripada permukaan yang licin. Misalnya, ketika kita berkendara disaat hujan akan lebih berhati-hati karena permukaan jalan yang licin sehingga gaya gesek yang terjadi antara ban mobil dan permukaan jalan sangat kecil, beda dengan ketika kita berkendara dalam keadaan tidak hujan, kita bisa melaju dengan cepat dan tanpa merasa licin.
Gambar 3.6 Gaya gesek antara ban mobil dan jalan
Besar gaya gesek dipengaruhi pula pada berat ringannya benda yang bergesekan.
Menarik atau mendorong meja lebih sulit daripada menarik atau mendorong kursi. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesek pada benda yang berat lebih besar daripada gaya gesek pada benda yang lebih ringan. Selain terjadi antara dua permukaan benda padat yang bersentuhan, gaya gesek juga dapat terjadi antara benda padat dengan zat alir (benda cair atau gas) atau antara lapisan-lapisan zat alir itu sendiri. Besar gaya gesek pada benda padat yang bergerak di dalam zat alir (cair/gas) tergantung pada laju benda dan luas penampang (penampang lintang) yang berpapasan dengan zat alir. Semakin besar laju benda dalam zat alir, maka semakin besar gaya gesekannya. Demikian juga pada luas permukaan, semakin luas permukaan benda yang berpapasan dengan zat alir, semakin besar gaya geseknya.
Gaya gesek sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari kita, semisal ketika kita berjalan di atas lantai maka kita membutuhkan gaya gesek yang besar sehingga kita tidak terpeleset. Saat kita ingin memindahkan lemari, maka kita membutuhkan gaya gesek yang lebih kecil sehingga kita lebih mudah memindahkan lemari. Selain bermanfaat gaya gesek juga dapat merugikan bagi kehidupan kita. Contohnya gesekan pada kontak dua roda gigi, gesekan antara poros yang bergerak dengan bantalannya, dan gesekan antara torak (piston) dengan silinder. Gaya gesekan yang terjadi pada tiga contoh tersebut sangat besar sehingga benda-benda tersebut lebih cepat rusak. Untuk mengurangi besarnya gaya gesekan pada tiga contoh tersebut maka digunakanlah minyak pelumas.
Kegiatan Percobaan Percobaan 3.3
Percobaan ini bertujuan untuk menunjukkan proses terjadinya gaya gesek.
Alat dan bahan:
Papan kayu
Balok gesekan
Neraca pegas
Roda
Anak timbangan
Karet gelang
Karet penghapus
Penggaris
1 set beban Langkah kerja:
1. Letakkan balok diatas meja lalu kaitkan karet gelang pada balok tersebut.
2. Tariklah karet gelang tersebut secara perlahan-lahan. Amati panjang karet gelang pada saat balok belum bergerak dan pada saat balok mulai bergerak.
Gambar 3.7 Balok ditarik dengan karet
3. Ulangilah percobaan tersebut, dan ukur panjang karet gelang pada saat balok mulai bergerak dengan cara mendekatkan penggaris pada karet selama karet ditarik.
4. Catat hasil pengukurannya dalam tabel pengamatan
5. Ulangilah langkah percobaan tersebut dengan meletakkan balok diatas permukaan yang licin, misalnya di atas lantai ubin yang dibasahi dengan sedikit air.
Tabel 3.3: Pengamatan gesekan benda
Permukaan Panjang karet
Meja …………cm
Permukaan Panjang karet
Lantai basah …………cm
Pertanyaan:
1. Pada permukaan yang mana balok lebih mudah untuk digerakkan?
2. Apakah balok akan langsung bergerak begitu karet mulai ditarik?
3. Mengapa balok tidak segera bergerak walaupun karet sudah beberapa saat ditarik?
Berdasarkan hasil percobaan 1 diatas dapat disimpulkan bahwa: ”Gaya gesek adalah gaya yang menahan balok sehingga balok tidak bergerak walaupun balok ditarik.
Gaya gesek terjadi karena adanya dua buah benda yang bersentuhan kemudian salah satu benda bergerak terhadap yang lain. Gaya gesek lebih besar pada permukaan yang lebih kasar”.
Percobaan 3.4
Kegiatan ini bertujuan untuk menunjukkan proses terjadinya gaya gesek dan memperkecil serta memperbesar gaya gesek
Alat dan bahan:
Masih menggunakan alat dan bahan pada Percobaan 1.
Langkah kerja:
1. Rangkaikan peralatan seperti gambar dibawah ini
Gambar 3.8 Balok tanpa roda dan dengan roda
2. Letakkan balok gesekan dengan permukaan plastik di bagian bawah tariklah neraca pegas dan baca skala pada neraca tepat pada saat balok mulai bergerak.
Catatlah hasilnya pada tabel pengamatan.
3. Ulangi langkah 1 dengan menggunakan permukaan kayu pada balok gesekan.
4. Ulangi langkah 1 dengan menggunakan permukaan karet pada balok gesekan.
5. Pasanglah 4 buah roda pada balok gesekan. Ulangi langkah 1 dengan
menggunakan balok beroda tersebut.
Tabel 3.4: Pengukuran gaya
Langkah Permukaan Skala neraca pegas
1. Plastik
2. Kayu
3. Karet
4. Roda
Berdasarkan hasil percobaan 2 diatas dapat disimpulkan bahwa: “Angka terkecil ditunjukkan skala neraca pegas pada balok beroda. Angka yang ditunjukkan skala neraca pegas pada balok dengan permukaan plastik lebih kecil daripada permukaan kayu, dan angka yang ditinjukkan skala neraca pegas pada balok dengan permukaan kayu lebih kecil dari pada permukaan karet”.
Gaya gesek antara dua buah benda padat yang saling bergerak lurus terbagi menjadi dua macam yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Sedangkan gaya gesek benda yang dapat menggelinding disebut gaya gesek menggelinding (rolling friction). Gaya gesek untuk benda yang berputar tegak lurus pada permukaan disebut gaya gesek spin (spin friction). Gaya gesek antara benda padat dan fluida disebut gaya Coriolis-Stokes atau gaya viskos (viscous force). Tapi pada bab ini hanya membahas gaya gesek antara dua buah benda padat yang saling bergerak lurus.
a) Gaya gesek statis
Gaya gesek statis didefinisikan sebagai gaya gesek yang timbul pada suatu benda selama benda tersebut diam. Ketika kita mendorong sebuah lemari, dan lemari tersebut diam tidak bergera sama sekali berarti gaya gesek pada lemari lebih besar daripada gaya yang kita berikan. Kita bisa mengetahui besar gaya gesek statis suatu benda menggunakan rumus di bawah ini.
𝑓𝑠 = 𝜇𝑠. 𝑁 (3.1) Keterangan:
fs= gaya gesek statis (N) 𝜇𝑠= koefisien gaya gesek statis N = gaya normal (N)
oleh lemari tersebut. Nilai maksimum gaya gesek statis adalah ketika benda tepat akan bergerak.
b) Gaya gesek kinetis
Jika gaya gesek statis timbul pada saat benda dalam keadaan diam, maka gaya gesek kinetis muncul ketika benda tersebut bergerak. Gaya gesek kinetis dapat menyebabkan gerak benda terhenti atau menghambat gerak benda. Secara matematis, rumus gaya gesek kinetis adalah sebagai berikut.
𝑓𝑘 = 𝜇𝑘. 𝑁 (3.2) Keterangan:
fk= gaya gesek statis (N) 𝜇𝑘= koefisien gaya gesek statis N = gaya normal (N)
Adanya gaya gesek sangat menguntungkan dalam kehidupan sehari-hari tetapi juga dapat pula merugikan. Beberapa contoh gaya gesek yang menguntungkan adalah gesekan kaki dengan jalan yang tidak licin sehingga menyebabkan kita bisa berjalan dengan mudah karena gaya gesek pada jalan yang licin sangat kecil, ban kendaraan yang dibuat beralur akan memperbesar gaya gesek antara ban dan jalan sehingga tidak terjadi kemungkinan kecelakaan, penerapan gaya gesek juga diterapkan pada sistem pengereman kendaraan, dan masih banyak lagi manfaat dari adanya gaya gesek dalam kehidupan kita.
Contoh gaya gesek yang merugikan antara lain gesekan antara ban dengan aspal akan mengakibatkan ban menjadi aus sehingga kendaraan akan tergelincir, gesekan yang terjadi antara bagian-bagian mesin kendaraan mengakibatkan mesin menjadi aus, untuk mengurangi gesekan pada mesin maka kita harus menggunakan oli pelumas.
Gesekan antara gear dengan rantai kendaraan akan menimbulkan bunyi yang mengganggu jika rantai dalam keadaan kering, untuk itu rantai harus diberi oli secara berkala.
Kita dapat memperbesar atau memperkecil gaya gesek tergantung pada kebutuhan kita. Ada beberapa cara yang dapat kita lakukan untuk memperbesar atau memperkecil gaya gesek, di antaranya sebagai berikut:
Cara memperbesar gaya gesek
1. Memasang karet, paku-pakuan, atau pul.
2. Dibuat beralur, misalnya pada permukaan roda kendaraan dan alas sepatu dibuat beralur juga untuk memperbesar gaya gesekan sehingga kendaraan tidak mudah tergelincir.
Cara memperkecil gaya gesek
1. Memperlicin permukaan, misal dengan pemberian minyak pelumas atau mengampelas permukaan.
2. Memisahkan kedua permukaan yang bersentuhan dengan udara, misal kapal laut yang bagian dasarnya berupa pelampung yang diisi udara.
3. Meletakkan benda di atas roda – roda, sehingga benda lebih mudah bergerak.
4. Memberi bantalan peluru, as roda diberi bantalan peluru sehingga tidak cepat aus.
Contoh Soal 3.1
Suatu benda yang massanya 50 kg berada pada bidang datar. Pada benda, gaya yang bekerja 200 N mendatar. Berapa percepatan pada benda itu Bila
a. bidang licin;?
b. bidang kasar dengan koefisien gesek = 0,3 (g = 10 m/s2)?
Penyelesaian Diketahui:
m = 50 kg μ = 0,3 F = 200 N g = 10 m/s2 Ditanya:
a. percepatan benda jika bidang licin = …?
b. percepatan benda jika bidang kasar (μ = 0,3) = …?
Jawab:
a. Bidang licin
F = m a maka a = F/m
= 200/50
= 4 m/s2
Jadi, percepatan jika bidang licin = 4 m/s2. b. Bidang kasar (μ = 0,3)
= 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/s2
Jadi, percepatan jika bidang kasar = 1 m/s2. 2. Gaya Pegas
Gaya pegas lebih sering dikenal dengan gaya elastis ataupun karet karena bentuknya yang bisa berubah menjadi lebih panjang dibandingkan bentuk semula.
Padahal pada kenyataannya, pegas biasanya dihasilkan oleh benda berbahan logam dan tidak memiliki kelenturan. Namun akibat gaya yang dihasilkan, benda tersebut bisa memiliki sifat elastis.
Salah satu contoh sederhana yang biasa dilihat dalam kehidupan sehari-hari adalah gerakan peer. Sistem kerja dari peer tersebutlah yang membuat jam bisa berputar dan menunjukkan waktu yang sesuai.
a. Pengertian Gaya Pegas
Dalam ilmu fisika, gaya pegas didefinisikan dalam hukum hooker yang dihasilkan dari gagasan Robert Hooke. Hukum tersebut mengamati tentang adanya hubungan benda dengan gaya yang dihasilkan agar bisa memanjang dan kembali pada posisi sebelumnya.
Ilmu hooker akan menghitung berapa jumlah maksimal yang bisa dihasilkan oleh sebuah benda yang mengalami gaya agar tidak melebihi batasnya. Jika gaya yang dihasilkan terlalu besar, maka sifat elastisnya bisa berkurang secara drastis.
b. Contoh Benda yang Memiliki Gaya Pegas
Gaya pegas yang terjadi pada sebuah benda belum tentu sama karena sifatnya elastis. Jenis gaya ini seringkali dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari.
Berikut beberapa jenis benda yang memiliki nilai gaya pegas.
1. Sambungan komponen porsneling pada kendaraan memanfaatkan pegas untuk bisa bekerja dengan baik.
2. Jam kasa yang berfungsi untuk menginformasikan lokasi kapal ketika berada di tengah laut.
3. Teleskop yang sistem kerjanya bisa Anda gunakan untuk melihat benda yang ada di luar angkasa menjadi terlihat lebih dekat.
4. Mikroskop mampu berperan sebagai alat untuk melihat komponen kecil yang bahkan tampak kasat mata.
5. Alat yang digunakan untuk mengukur gaya gravitasi yang ada di bumi.
6. Ayunan yang menerapkan sistem pegas.
c. Rumus Gaya Pegas
Perhitungan pegas didefinisikan dalam hukum hooke. Dari perhitungan tersebut akan terhitung nilai gaya yang dihasilkan oleh sebuah pegas.
F = k.x (3.3) Keterangan:
F : Gaya yang terjadi pada pegas (N) k : Konstanta pegas (N/m)
x: Pertambahan panjang (m) d. Konstanta Pegas
Konstanta pegas adalah besarnya pergerakan pegas saat terjadinya sebuah gaya.
Selain mendefinisikan rumus, terjadi berbagai fenomena yang terjadi pada pegas:
1. Regangan
Regangan merupakan kondisi mengenai seberapa jauhnya pertambahan panjang yang terjadi ketika pegas bekerja.
2. Mampatan
Jika didefinisikan, mampatan bisa dikatakan sama dengan regangan, hanya saja yang membedakan terdapat pada arah perpindahan dan terjadi pada benda.
3. Tegangan
Tegangan adalah proses pertambahan panjang yang dialami oleh sebuah benda.
Pada ujung suatu gaya akan diberikan, sedangkan di ujung lainnya akan ditahan.
4. Hubungan Gaya Tarik terhadap Modulus Young
5. Modulus Elastisitas
Modulus elastis merupakan angka yang berfungsi sebagai pengukur ketahanan sebuah benda yang mengalami elastisitas karena adanya gaya yang diberikan.
e. Susunan Pegas
Pegas dapat disusun dengan dua cara yaitu susunan pegas seri dan susunan pegas paralel.
1. Susunan Pegas Seri
Struktur seri membuat pegas disusun dengan jumlah yang sama sehingga panjang pegas akan dihitung 2x. Secara matematis, rumus susunan pegas seri sebagai berikut:
ks = ½ k (3.4) Keterangan:
ks = persamaan pegas k = konstanta pegas (N/m)
Sedangkan untuk persamaan n pada pegas dengan susunan seri adalah ks = k/n (3.5)
Dimana n = jumlah pegas 2. Susunan Pegas Paralel
Saat disusun dalam bentuk paralel, pegas mungkin tidak mengalami perubahan panjang sehingga akan memiliki nilai yang tetap dan sama seperti sebelum diberikan gaya. Namun yang membedakannya adalah luas penampangnya yang akan semakin besar. Berikut penulisan sistematisnya.
kp = 2k (3.6) Ketentuan :
kp = persamaan pegas susunan paralel k = konstanta pegas (N/m)
sedangkan persamaan n untuk pegas yang disusun paralel yakni kp = n.k (3.7)
Dimana n : jumlah pegas Contoh Soal 3.2
Diketahui terdapat 3 pegas dengan nilai konstanta sebagai berikut, pegas A 100 N/m, pegas B 200 N/m dan pegaa C 400 N/m. Tentukanlah nilai konstanta penggantinya.
Penyelesaian:
Diketahui: 3. Gaya Gravitasi Bumi
Gaya gravitasi adalah jenis gaya yang paling utama, sebab persamaannya tidak dapat diturunkan lagi menjadi bentuk gaya yang lebih sederhana (gaya fundamental).
Gravitasi ini terjadi karena massa dari suatu memberikan gaya tarik terhadap benda yang juga mempunyai massa. Apabila dilakukan perbandingan, gravitasi maka akan berbanding lurus pada massa benda serta berbanding terbalik terhadap jarak kuadrat benda.
Gravitasi mempunyai sifat yang universal atau menyeluruh sehingga berlaku untuk seluruh benda yang ada di alam semesta. Gravitasi ini akan mengakibatkan gaya tarik menarik antara semua partikel yang mempunyai massa, sehingga mengikuti gravitasi. Hal itulah yang dapat menjawab seluruh fenomena alam seperti kenapa planet mengelilingi matahari dan bulan mengelilingi bumi? Jawabannya karena adanya gravitasi. Gaya gesek bukan termasuk ke dalam gaya fundamental sebab gaya ini muncul akibat interaksi antar atom serta molekul pada kedua permukaan yang saling bergesekan.
Untuk menghitung nilai gravitasi, kalian dapat memakai rumus yang berada di
𝐹 = 𝐺𝑚1𝑚2
Dua benda maisng-masing massanya 4 kg dan 5 kg berjarak 1 cm satu sama lain, berapa gaya tarik-menarik antara keduanya? (G = 6,67 x 10-11 Nm2/kg2)
Ruang atau area yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi disebut medan gravitasi, besarannya dinyatakan sebagai kuat medan gravitasi (g), yaitu gaya gravitasi tiap massa medan gravitasi, atau bisa disebut juga percepatan gravitasi. Pada sub bab ini “medan”
atau ruang yang kita maksud adalah bumi. Sebelumnya kita sudah belajar mengenai persamaan mencari F (gaya gravitasi), sekarang kita akan mempelajari percepatan gravitasi di permukaan bumi dengan simbol g melalui persamaan berat benda di
m di masing-masing sisi dapat di coret, maka persamaan g didapatkan sebagai berikut 𝑔 = 𝐺𝑚
𝑟2 (3.9) r merupakan jarak antara benda dengan pusat bumi (m).
Contoh soal 3.4
Sebuah planet memiliki massa sebesar 1
500 massa bumi dan jari-jari sebesar 1
15 jari-jari bumi. Berapakah kuat medan gravitasi di permukaan planet tersebut?
Penyelesaian
Dirangkum dari Sumber Belajar Kemendikbud, ada tiga jenis gravitasi yang umum diketahui yaitu gravitasi Matahari, Bulan, dan Bumi.
Gravitasi Matahari
Gaya Gravitasi matahari sebesar 274 m/s2. Dengan gaya sebesar ini,
planet-masing. Planet-planet tersebut berputar mengelilingi Matahari sesuai orbitnya yang disebut dengan revolusi. Rotasi menyebabkan perubahan siang dan malam, sedangkan revolusi mengakibatkan perubahan musim.
Gravitasi Bulan
Gaya gravitasi Bulan tidak sebesar Matahari, namun tetap memiliki fungsi yang penting. Gravitasi Bulan menyebabkan pasang dan surut air laut. Saat posisi bulan dekat dengan Bumi, air laut akan mengalami pasang. Kejadian ini terjadi karena air laut tertarik oleh gaya gravitasi Bulan.
Gravitasi Bumi
Bersumber dari NASA, gravitasi Bumi tidak semuanya sama di tiap bagian Bumi. Hal ini disebabkan oleh bentuk Bumi yang tidak bulat sempurna tetapi pepat di kedua kutubnya. Gravitasi di Bumi berfungsi untuk menarik atmosfer serta menahannya sehingga makhluk hidup bisa bernapas dengan baik. Dengan gravitasi, Bumi bisa berputar pada poros nya serta menarik Bulan agar tetap berada di orbitnya. Satelit buatan yang diluncurkan oleh manusia, bisa tetap mengorbit dengan bantuan dari gravitasi Bumi.