Contoh Soal & Pembahasan Gaya Gesek + Gambar Ilustrasi

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Artikel ini menyajikan kumpulan soal dan pembahasan tentang gaya gesek pada gerak benda di bidang datar. Karena konsep yang akan kita gunakan untuk menyelesaikan soal tentang gaya gesek adalah konsep Hukum Newton, maka sebelum masuk ke pembahasan soal mari kita pelajari dahulu ringkasan materi tentang Hukum Newton dan juga gaya gesek berikut ini.

Konsep Hukum Newton

Hukum I Newton	Hukum II Newton	Hukum III Newton
ΣF = 0	ΣF = ma	Faksi = −Freaksi
Keadaan benda: ■ diam (v = 0  m/s) ■ bergerak lurus beraturan atau GLB (v = konstan)	Keadaan benda: ■ benda bergerak lurus berubah beraturan atau GLBB (v ≠ konstan)	Sifat gaya aksi reaksi: ■ sama besar ■ berlawanan arah ■ terjadi pada 2 objek berbeda

Penjelasan lengkap mengenai Hukum Newton, baca artikel tentang: Bunyi dan Rumus Hukum Newton I, II, dan III Beserta Contohnya.

Konsep Gaya Gesek

Gaya Gesek Statis	Gaya Gesek Kinetis
fs = μs N	fk = μk N
Bekerja pada benda: ■ diam (v = 0  m/s) ■ tepat akan bergerak (fs maksimum)	Bekerja pada benda: ■ bergerak (baik GLB maupun GLBB)

Penjelasan lengkap mengenai gaya gesek, baca artikel tentang: Definisi, Sifat, Jenis, Rumus dan Contoh Soal tentang Gaya Gesek.

Hubungan Gaya Gesek dan Gerak Benda

Besar Gaya Luar	Keadaan Benda
Jika F < fs maksimum	Diam, berlaku Hukum I Newton
Jika F > fs maksimum	Bergerak, berlaku Hukum II Newton dan bekerja gaya gesek kinetik (fk)

Oke, jika kalian sudah paham mengenai konsep Hukum Newton dan gaya gesek, kini saatnya kita bahas beberapa soal tentang gaya gesek. Simak baik-baik uraian berikut ini.

Contoh Soal #1

Sebuah balok bermassa m1 ditumpuk di atas balok yang massanya m serta berada di atas lantai horizontal yang licin, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Kemudian, sebuah gaya F dikerjakan pada balok 2. Koefisien gesekan statis dan kinetis antara balok-balok adalah μs dan μk.

■ Tentukanlah nilai maksimum F supaya balok tidak bergerak satu sama lainnya.

■ Tentukanlah percepatan setiap balok jika F lebih besar daripada nilai tersebut.

Jawab

Langkah pertama untuk menjawab soal fisika yang berkaitan dengan dinamika adalah dengan menggambarkan diagram gaya yang bekerja pada sistem. Untuk soal di atas, karena terdapat dua benda maka untuk mempermudah memahami gaya-gaya yang bekerja secara spesifik, kita gambarkan diagram gaya kedua benda secara terpisah. Perhatikan gambar di bawah ini.

Perhatikan gambar diagram gaya pada kedua balok di atas. Pada balok 1, bekerja tiga gaya yaitu gaya normal, gaya berat dan gaya gesek. Gaya gesek pada balok 1 timbul karena permukaan balok 1 dan 2 saling bersentuhan. Sedangkan pada balok 2 bekerja empat gaya, yaitu gaya normal, gaya berat, gaya gesek dan gaya tarik F. Gaya gesek yang sama juga bekerja pada balok 2 tetapi dengan arah yang berlawanan.

■ F maksimum agar balok 1 tidak bergerak

Syarat agar balok 1 tidak bergerak terhadap balok 2 maka percepatan balok 1 harus sama dengan percepatan balok 2.

a1 = a2

Kemudian kita tinjau resultan gaya yang bekerja pada masing-masing balok dengan menggunakan Hukum I dan II Newton sebagai berikut.

Tinjau balok 1

ΣFY = 0

N1 – w1 = 0

N1 = w1

N1 = m1g

ΣFX = ma

f = m1a1

Karena balok 1 tidak bergerak maka gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis.

fs = m1a1

μsN1 = m1a1

μsm1g = m1a1

a1 = μsg ………………. Pers. (1)

Tinjau balok 2

ΣFX = ma

F – f = m2a2

F – μsm1g = m2a2 ………………. Pers. (2)

Karena a1 = a2 maka persamaan (1) dapat kita subtitusikan ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.

F – μsm1g = m2(μsg)

F – μsm1g = μsm2g

F = μsm1g + μsm2g

F = μsg(m1 + m2)

Dengan demikian, nilai F maksimum agar balok tidak bergerak satu sama lainnya adalah F = μsg(m1 + m2).

■ Percepatan balok 1 dan 2

Apabila nilai F > μsg(m1 + m2) maka balok 1 akan bergerak terhadap balok 2. Karena bergerak, maka gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis. Lalu untuk menentukan besar percepatan masing-masing balok, kita gunakan persamaan Hukum II Newton sebagai berikut.

Tinjau balok 1

ΣFX = ma

fk = m1a1

μkm1g = m1a1

a1 = μkm1g

jadi besar percepatan balok 1 adalah a1 = μkm1g

Tinjau balok 2

ΣFX = ma

F – fk = m2a2

F – μkm1g = m2a2

a2 = (F – μkm1g)/m2

jadi besar percepatan balok 2 adalah a2 = (F – μkm1g)/m2

Contoh Soal #2

Balok A = 15 kg dan balok B = 20 kg ditumpuk seperti pada gambar di bawah ini. Koefisien gesek kinetik antara balok A dengan balok B dan balok B dengan lantai sama yaitu μk = 0,3. Jika balok B ditarik gaya F sehingga bergerak pelan maka tentukan perbandingan gaya gesek yang bekerja antara balok A dan B dengan gaya gesek yang bekerja antara balok B dan lantai.

Jawab

Diketahui:

mA = 15 kg

mB = 20 kg

μk = 0,3

g = 10 m/s2

F = undefine

Ditanyakan: fA : fB

Seperti pada soal sebelumnya, langkah pertama kita gambarkan diagram gaya secara terpisah antara balok A dan balok B seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Perhatikan gambar diagram gaya yang bekerja pada kedua balok di atas. Gaya gesek yang bekerja antara balok A dengan balok B adalah fA sedangkan gaya gesek yang bekerja antara balok B dengan lantai adalah fB. Besar masing-masing gaya gesek tersebut adalah sebagai berikut.

fA = μkNA

fA = μkwA

fA = μkmAg

fA = (0,3)(15)(10)

fB = 45 N

fB = μkNAB

fB = μk(wA + wB)

fB = μk(mAg + mBg)

fB = 0,3[(15 × 10) + (20 × 10)]

fB = 0,3(150 + 200)

fB = 0,3(350)

fB = 105 N

Dengan demikian, perbandingan gaya gesek antara balok A dan balok B dengan gaya gesek antara balok B dengan lantai adalah sebagai berikut.

fA : fB = 45 N : 105 N

fA : fB = 3 : 7

Contoh Soal #3

Koefisien gesek statis antara sebuah lemari kayu dengan lantai kasar suatu bak mobil pick up sebesar 0,75. Berapakah percepatan maksimum yang masih boleh dimiliki mobil agar lemari tetap tak bergerak terhadap bak mobil tersebut?

Jawab

Diketahui:

μs = 0,75

g = 10 m/s2

Ditanyakan: Percepatan maksimum (amaks)

Pertama, kita gambarkan ilustrasi kejadian pada soal tersebut. Kemudian lukiskan garis-garis gaya yang bekerja pada objek seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Perhatikan diagram gaya yang bekerja pada lemari di atas. Dengan menggunakan Hukum II Newton, kita peroleh persamaan gerak lemari sebagai berikut.

ΣFX = ma

f = mamaks

μsN = mamaks

μsmg = mamaks

μsmg = mamaks

amaks = μsg

amaks = (0,75)(10)

amaks = 7,5 m/s2

jadi kecepatan maksimum mobil pick up tersebut agar lemari tetap dalam keadaan diam adalah sebesar 7,5 m/s2.

Demikianlah artikel tentang kumpulan contoh soal dan pembahasan tentang gaya gesek beserta gambar ilustrasi dan diagram gayanya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Apabila terdapat kesalahan tanda, simbol, huruf maupun angka dalam perhitungan mohon dimaklumi. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.