Contoh Soal Gaya Gesek Pada Bidang Miring 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 adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Untuk benda yang bergerak pada suatu bidang baik bidang datar maupun bidang mirin, gaya gesek tidak dipengaruhi oleh luas permukaan benda yang saling bersentuhan.

Sedangkan untuk benda yang bergerak di udara, gaya geseknya bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Makin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut sedangkan untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, gaya geseknya tidak tergantung luas bidang sentuhnya.

Gaya gesekan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis.

Gaya gesek statis (fs)

Adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Menurut hukum I Newton, selama benda masih diam berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut adalah nol. Jadi, selama benda masih diam gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

fs maks = μsN ………. Pers. (1)

Keterangan:

fs maks = gaya gesek statis maksimum (N)

μs = koefisien gesek statis

Gaya gesek kinetis (fk)

Adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan usaha yang dilakukan akan berubah menjadi kalor. Perbandingan antara gaya gesekan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya gesekan kinetis (μs). Secara matematis dapat di tulis sebagai berikut.

fk = μkN ………. Pers. (2)

Keterangan:

fk = gaya gesek kinetik (N)

μk = koefisien gesek kinetik

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

Contoh Soal dan Pembahasan Gaya Gesek Pada Bidang Miring

1. Sebuah benda yang beratnya w meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap pada suatu bidang miring yang kasar. Bidang miring tersebut membentuk sudut 37o dengan arah horizontal. Hitung koefisien gesekan antara benda dengan bidang tersebut.

Penyelesaian:

Pertama kita gambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut, seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Benda bergerak dengan kecepatan tetap, hal ini berarti benda melakukan gerak lurus beraturan (GLB) sehingga percepatannya adalah nol (a = 0).

■ Pada sumbu-Y, berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFY = 0

N – w cos θ = 0

N = w cos θ

N = mg cos θ

■ Pada sumbu-X, berlaku Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFX = ma

w sin θ – f = m(0)

mg sin θ – μkN= 0

mg sin θ – μkmg cos θ = 0

μkmg cos θ = mg sin θ

μk cos θ = sin θ

μk = sin θ/cos θ

μk = tan θ

μk = tan 37o

μk = 0,75

Jadi, koefisien gesekan antara benda dengan bidang adalah 0,75.

2. Sebuah balok bergerak menuruni bidang yang kemiringannya 30o terhadap bidang horizontal. Jika balok bergerak dengan percepatan 4 m/s2, tentukanlah koefisien gesek kinetis antara balok dengan bidang.

Penyelesaian:

Diagram gaya yang bekerja pada balok sama seperti pada soal nomor 1 di atas. Karena balok memiliki percepatan, maka balok melakukan gerak lurus berubah beraturan (GLBB).

■ Pada sumbu-Y, berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFY = 0

N – w cos θ = 0

N = w cos θ

N = mg cos θ

■ Pada sumbu-X, berlaku Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFX = ma

w sin θ – f = ma

mg sin θ – μkN= ma

mg sin θ – μkmg cos θ = ma

μkmg cos θ = mg sin θ – ma

μkg cos θ = g sin θ – a

μk(10)(cos 30o)= (10)(sin 30o) – 4

μk(10)(0,866)= (10)(0,5) – 4

8,66μk = 5 – 4

8,66μk = 1

μk = 1/8,66

μk = 0,12

Jadi, koefisien gesekan antara benda dengan bidang adalah 0,12.

3. Sebuah benda dengan berat 30 N berada pada bidang miring. Ternyata, benda tepat akan meluncur ke bawah. Jika percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2, tentukan koefisien gesek antara benda dengan bidang miring!

Penyelesaian:

Dari soal kita ketahui bahwa benda tepat akan meluncur jadi benda belum bergerak, sehingga gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis. Untuk menentukan koefisien gesek (statis), kita gunakan rumus seperti yang telah diuraikan pada soal nomor 1 di atas, yaitu sebagai berikut.

μs = tan θ

μs = tan (30o)

μs = 1/3 √3

Lalu bagaimana jika kita lupa dengan rumus koefisien gesek tersebut? Tenang saja, bagi kalian yang tidak suka menghafal rumus, masih ada metode manual untuk menyelesaikan persoalan di atas. Metode manual yang dimaksud adalah dengan menentukan persamaan gerak benda berdasarkan Hukum Newton. Langkah pertama adalah menggambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, yaitu sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y adalah sebagai berikut.

ΣFY = 0

N – w cos 30o = 0

N = w cos 30o

Karena benda belum bergerak, maka a = 0. Sehingga berlaku Hukum I Newton pada sumbu-X yaitu sebagai berikut.

ΣFX = 0

w sin 30o – fs = 0

w sin 30o – μsN = 0

μsN = w sin 30o

μsw cos 30o = w sin 30o

μs cos 30o = sin 30o

μs	=	sin 30o
		cos 30o

μs	=	½
		½ √3

μs = 1/3 √3

Jadi, koefisien gesek antara benda dengan bidang miring adalah 1/3 √3.