Contoh Soal Gaya Gesek Pada Bidang Datar dan Pembahasannya Lengkap

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:

Gaya gesek merupakan gaya yang timbul sebagai akibat 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 huruf f (friction) dan memiliki 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 berikut ini.

Tabel Perbandingan Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Gaya Gesek Statis	Gaya Gesek Kinetis
Bekerja pada benda yang diam atau tepat akan bergerak (hampir bergerak)	Bekerja pada benda yang bergerak
Rumus: fs = μsN	Rumus: fk = μkN
Nilai koefisien gesekan lebih besar	Nilai koefisien gesekan 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 ketika benda tepat akan bergerak	Tidak ada nilai maksimum

Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas beberapa contoh soal tentang gaya gesek benda-benda yang bergerak di bidang datar. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini. Selamat belajar dan semoga bisa paham.

Contoh Soal dan Pembahasan Gaya Gesek Pada Bidang Datar

1. Sebuah balok 10 kg diam di atas lantai datar. Koefisien gesekan statis μs = 0,4 dan koefisien gesek kinetis μk = 0,3. Tentukanlah gaya gesekan yang bekerja pada balok jika gaya luar F diberikandalam 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 seperti pada gambar di bawah ini.

Karena pada sumbu vertikal tidak terjadi gerak, maka berdasarkan 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 jika F = 0 N

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

f = 0

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

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

fs = μsN

fs = (0,4)(100 N)

fs = 40 N

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

ΣFX = 0

F – f = 0

f = F

f = 20 N

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

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

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

fk = μkN

fk = (0,3)(100)

fk = 30 N

Jadi, gaya gesek yang bekerja pada balok adalah 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 seperti pada gambar contoh soal nomor 1 di atas. Gaya normal N memenuhi:

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

Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung dahulu gaya gesek statis yang bekerja pada balok, yaitu sebagai berikut.

fs = μsN

fs = (0,6)(200 N)

fs = 120 N

(a) Untuk F = 100 N

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

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 adalah gaya gesek kinetik, yaitu sebesar:

fk = μkN

fk = (0,3)(200)

fk = 60 N

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

ΣFX = ma

F – fk = ma

140 – 60 = 20a

20a = 80

a = 4 m/s2

Jadi, gaya gesek dan percepatan balok adalah 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 seperti pada gambar berikut ini.

■ Gaya Normal

Karena pada sumbu vertikal tidak terjadi gerak, maka berdasarkan 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 adalah 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 berikut.

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 karena itu, resultan gaya dalam arah sumbu-X memenuhi Hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.

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 seperti gambar di bawah ini.

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

(a) Hitung gaya gesekan antara m1 dan m2

(b) Hitung gaya gesekan antara m2 dan bidang

Penyelesaian:

Pertama, kita lukis garis-garis gaya yang bekerja pada sistem, seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

(a) Gaya gesekan antara m1 dan m2 adalah sebagai berikut

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

ΣFY = 0

N1 – w1 = 0

N1 = w1

N1 = m1g

Maka gaya geseknya adalah sebagai berikut.

f1 = μ1N1

f1 = μ1m1g

f1 = (0,2)(10 kg)(10 m/s2)

f1 = 20 N

(b) Gaya gesekan antara m2 dan bidang adalah sebagai berikut.

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

ΣFY = 0

N1 + N2 – w1 – w2 = 0

N1 + N2 = w1 + w2

N1 + N2 = m1g + m2g

Maka gaya geseknya adalah sebagai berikut.

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 diam di atas lantai horizontal kasar (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 seperti pada gambar di bawah ini.

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

ΣFY = 0

N – F sin θ – w = 0

N = F sin θ + w

N = F sin θ + mg

Gaya gesek statis benda adalah sebagai berikut.

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 diam sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai berikut.

ΣFX = 0

F cos θ – f = 0

f = F cos θ

f = (100)(0,8)

f = 80 N

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