Contoh Soal Gaya Gesek Pada Bidang Datar Dan Pembahasannya Lengkap

Gaya gesek ialah gaya yang timbul sebagai tanggapan dua permukaan benda saling bersinggungan atau bersentuhan. Apabila pada sebuah benda bekerja gaya tertentu sehingga benda bergerak, maka arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah gerak benda. Gaya gesek dilambangkan dengan karakter f (friction) dan mempunyai satuan Newton (N).

Dilihat dari gerakanya, gaya gesek dibedakan menjadi dua jenis yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Perbedaan kedua jenis gaya gesek tersebut diperlihatkan pada tabel diberikut ini.

Tabel Perbandingan Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Gaya Gesek Statis	Gaya Gesek Kinetis
Bekerja pada benda yang membisu atau sempurna akan bergerak (hampir bergerak)	Bekerja pada benda yang bergerak
Rumus: fs = μsN	Rumus: fk = μkN
Nilai koefisien goresan lebih besar	Nilai koefisien goresan lebih kecil
Nilainya selalu berubah bergantung pada gaya F yang bekerja pada suatu benda	Nilainya selalu tetap tidak bergantung pada kecepatan dan percepatan benda (baik GLB maupun GLBB)
Nilai maksimum dicapai dikala benda sempurna akan bergerak	Tidak ada nilai maksimum

Nah, pada peluang kali ini kita akan mengulas beberapa pola soal wacana gaya gesek benda-benda yang bergerak di bidang datar. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi diberikut ini. Selamat berguru dan agar sanggup paham.

misal Soal dan Pembahasan Gaya Gesek Pada Bidang Datar

1. Sebuah balok 10 kg membisu di atas lantai datar. Koefisien goresan statis μs = 0,4 dan koefisien gesek kinetis μk = 0,3. Tentukanlah gaya goresan yang bekerja pada balok bila gaya luar F didiberikandalam arah horizontal sebesar:

(a) 0 N

(b) 20 N

(c) 42 N

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 10 kg

μs = 0,4

μk = 0,3

g = 10 m/s2

F = 0 N, 20 N dan 42 N

Ditanyakan: f?

Jawab:

Gaya-gaya yang bekerja pada benda diperlihatkan menyerupai pada gambar di bawah ini.

Karena pada sumbu vertikal tidak terjadi gerak, maka menurut Hukum I Newton berlaku:

ΣFY = 0

N – w = 0

N = w

N = mg

N = (10 kg)(10 m/s2)

N = 100 N

(a) Gaya gesek yang bekerja pada balok bila F = 0 N

Karena gaya luar F = 0, maka benda niscaya tidak bergerak sehingga gaya geseknya sama dengan nol

f = 0

Jadi, gaya gesek yang bekerja pada balok yaitu 0 N.

(b) Gaya gesek yang bekerja pada balok bila F = 20 N

fs = μsN

fs = (0,4)(100 N)

fs = 40 N

Karena F < fs maka benda masih dalam keadaan membisu (F = 20 N tidak cukup untuk menggerakkan benda). Oleh alasannya yaitu itu berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = 0

F – f = 0

f = F

f = 20 N

Jadi, gaya gesek yang bekerja pada balok yaitu 20 N.

(c) Gaya gesek yang bekerja pada balok bila F = 32 N

F = 40 N > fs = 40 N maka benda bergerak. Karena benda bergerak, maka gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek kinetis yaitu sebesar:

fk = μkN

fk = (0,3)(100)

fk = 30 N

Jadi, gaya gesek yang bekerja pada balok yaitu 30 N.

2. Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar kasar. μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar F mendatar. g = 10 m/s2. Tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika:

(a) F = 100 N

(b) F = 140 N

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 20 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

g = 10 m/s2

F = 100 N dan 140 N

Ditanyakan: f dan a?

Jawab:

Gambar diagram gaya yang bekerja pada balok sama menyerupai pada gambar pola soal nomor 1 di atas. Gaya normal N memenuhi:

N = w = mg = (20 kg)(10 m/s2) = 200 N

Pengaruh gaya F sanggup diketahui dengan menghitung lampau gaya gesek statis yang bekerja pada balok, yaitu sebagai diberikut.

fs = μsN

fs = (0,6)(200 N)

fs = 120 N

(a) Untuk F = 100 N

Karena F < fs maka balok masih tetap membisu sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = 0

F – f = 0

f = F

f = 100 N

Karena benda diam, maka a = 0

Jadi, gaya gesek dan percepatan balok sebesar 100 N dan 0 m/s2.

(b) Untuk F = 140 N

F > fs maka balok bergerak dan gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek kinetik, yaitu sebesar:

fk = μkN

fk = (0,3)(200)

fk = 60 N

Karena balok bergerak, maka berlaku Hukum II Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = ma

F – fk = ma

140 – 60 = 20a

20a = 80

a = 4 m/s2

Jadi, gaya gesek dan percepatan balok yaitu 60 N dan 4 m/s2.

3. Sebuah balok dengan massa 2 kg terletak di atas lantai mendatar. Balok tersebut ditarik oleh gaya 4 N ke atas membentuk sudut 60o terhadap arah mendatar. Bila percepatan gravitasi g = 10 m/s2, koefisien gesek kinetis antara balok dan lantai 0,1. Sedangkan koefisien gesek statisnya 0,2. Maka gaya gesek yang bekerja pada balok dan lantai sebesar…

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 2 kg

F = 4 N

θ = 60o

g = 10 m/s2

μk = 0,1

μs = 0,2

Ditanyakan: f?

Jawab:

Diagram gaya-gaya yang bekerja pada balok diperlihatkan menyerupai pada gambar diberikut ini.

■ Gaya Normal

Karena pada sumbu vertikal tidak terjadi gerak, maka menurut Hukum I Newton berlaku:

ΣFY = 0

N + F sin θ – w = 0

N = w – F sin θ

N = mg – F sin θ

N = (2 kg)(10 m/s2) – (4 N)(sin 60o)

N = 20 N – (4 N)(1/2 √3)

N = 20 N – 2√3 N

N = 16,6 N

■ Gaya Gesek Statis

fs = μsN

fs = (0,2)(15,6)

fs = 3,32 N

■ Gaya Tarik

Gaya yang bekerja segaris dengan gaya gesek yaitu komponen gaya F dalam arah mendatar yaitu F cos θ. Untuk mengetahui apakah balok bergerak atau tidak, maka kita hitung komponen gaya tersebut, yaitu sebagai diberikut.

FX = F cos θ

FX = (4)(cos 60o)

FX = (4)(1/2)

FX = 2 N

■ Kesimpulan

FX < fs berarti balok masih dalam keadaan diam. Oleh alasannya yaitu itu, resultan gaya dalam arah sumbu-X memenuhi Hukum I Newton, yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = 0

FX – fs = 0

fs = FX

fs = 2 N

Jadi, gaya gesek yang bekerja pada balok dan lantai sebesar 2 N.

4. Pada susunan benda-benda menyerupai gambar di bawah ini.

K yaitu katrol, m1 = 10 kg, m2 = 5 kg, m3 = 10 kg, koefisien goresan antara m1 dan m2 adalah 0,2 sedangkan koefisien goresan antara m2 dengan bidang yaitu 0,4. Apabila beban m3 dilepas, maka:

(a) Hitung gaya goresan antara m1 dan m2

(b) Hitung gaya goresan antara m2 dan bidang

Penyelesaian:

Pertama, kita lukis garis-garis gaya yang bekerja pada sistem, menyerupai yang diperlihatkan pada gambar diberikut ini.

(a) Gaya goresan antara m1 dan m2 adalah sebagai diberikut

Untuk benda m1, dalam arah vertikal berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFY = 0

N1 – w1 = 0

N1 = w1

N1 = m1g

Maka gaya geseknya yaitu sebagai diberikut.

f1 = μ1N1

f1 = μ1m1g

f1 = (0,2)(10 kg)(10 m/s2)

f1 = 20 N

(b) Gaya goresan antara m2 dan bidang yaitu sebagai diberikut.

Untuk benda m2, dalam arah vertikal juga berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai diberikut.

ΣFY = 0

N1 + N2 – w1 – w2 = 0

N1 + N2 = w1 + w2

N1 + N2 = m1g + m2g

Maka gaya geseknya yaitu sebagai diberikut.

f2 = μ2(N1 + N2)

f2 = μ2(m1g + m2g)

f2 = μ2(m1 + m2)g

f2 = (0,4)(10 + 5)(10)

f2 = (0,4)(15)(10)

f2 = 60 N

5. Sebuah peti bermassa 50 kg, mula-mula membisu di atas lantai horizontal berangasan (μk = 0,1; μs = 0,5). Kemudian peti itu didorong dengan gaya F = 100 N yang arahnya membentuk sudut θ terhadap arah horizontal. Jika sin θ = 0,6 dan cos θ = 0,8. Gaya gesek yang dialaminya sebesar…

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 50 kg

μk = 0,1

μs = 0,5

F = 100 N

sin θ = 0,6

cos θ = 0,8

g = 10 m/s2

Ditanyakan: f?

Jawab:

Diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut diperlihatkan menyerupai pada gambar di bawah ini.

Dalam arah vertikal tidak terjadi gerak (diam) sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFY = 0

N – F sin θ – w = 0

N = F sin θ + w

N = F sin θ + mg

Gaya gesek statis benda yaitu sebagai diberikut.

fs = μsN

fs = μs(F sin θ + mg)

fs = (0,5)[(100)(0,6) + (50)(10)]

fs = (0,5)(60 + 500)

fs = (0,5)(560)

fs = 280 N

Karena F < fs maka benda membisu sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai diberikut.

ΣFX = 0

F cos θ – f = 0

f = F cos θ

f = (100)(0,8)

f = 80 N

melaluiataubersamaini demikian, gaya gesek yang dialami peti tersebut sebesar 80 N.

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :