Percobaan Menentukan Hubungan Gaya Normal dan Gesekan Statis

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:

Hukum gerak yang melibatkan gesekan, pertama kali diungkapkan secara eksperimen oleh Leonardo da Vinci (1452 – 1519). Ia menemukan dua sifat gaya gesekan, yaitu:

1. gaya gesekan sebanding dengan beban.

2. gaya gesekan tidak tergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan.

Menurut Leonhard Euler, dilihat dari gerakannya, gaya gesek dibagi menjadi dua macam, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas tentang percobaan untuk menentukan hubungan antara gaya gesek statis, koefisien gesekan statis, dan gaya normal benda. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini.

Apa itu Gaya Gesek Statis?

Menurut Hukum I Newton, pada benda yang diam, resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Berdasarkan hukum ini, ketika kita mendorong meja tetapi meja tersebut masih diam, tentunya ada gaya lain yang melawan gaya dorong yang kalian berikan.

Gaya tersebut adalah gaya gesek antara kaki-kaki meja dengan lantai. Gaya gesek ini bekerja pada meja yang diam, sehingga disebut gaya gesek statis (fs). Jadi, gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam.

Kalian telah mengetahui bahwa besarnya gaya gesek tergantung pada kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersentuhan. Tingkat kekasaran ini dinyatakan dengan koefisien gesekan. Untuk benda diam, koefisien gesekan disebut koefisien gesekan statis, disimbolkan s .

Selain tingkat kekasaran permukaan benda, besarnya gaya gesek dipengaruhi oleh besar gaya normal (N) yang diberikan bidang pada benda. Untuk mengetahui hubungan antara gaya gesek statis, koefisien gesekan statis, dan gaya normal benda, lakukan Eksperimen berikut.

Praktikum: Mencari Hubungan Gaya Gesek Statis dengan Gaya Normal

A. Dasar Teori

Gaya gesek statis (fs) adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam yang berada pada suatu bidang. Besarnya gaya gesek statis sangat dipengaruhi oleh tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersinggungan. Tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersinggungan, dinyatakan dengan koefisien gesekan statik (μs).

Koefisien gesekan statis mempunyai nilai 0 < μs < 1. Untuk nilai μs = 0 berarti permukaan benda dan bidang yang bersinggungan sangat licin. Sementara itu, untuk nilai μs = 1, permukaan benda dan bidang yang bersinggungan sangat kasar. Semakin kasar permukaan benda dan bidang yang bersinggungan, semakin besar gaya gesekan statisnya.

Selain tingkat kekasaran, besarnya gaya gesek juga dipengaruhi oleh gaya normal (N). Gaya normal adalah gaya yang diberikan bidang pada benda. Arah gaya normal selalu tegak lurus bidang. Pada bidang datar, besarnya gaya normal sama dengan gaya berat (W) benda.

B. Tujuan Percobaan

Setelah melakukan eksperimen ini, diharapkan kalian mampu:

1. Menjelaskan hubungan gaya gesek statis dengan gaya normal.

2. Menghitung besar koefisien gesekan statis.

3. Menentukan besar gaya gesek statis.

C. Alat dan Bahan

1. Papan kayu yang permukaannya dihaluskan atau diamplas.

2. Balok kayu kasar (5 buah).

3. Ampelas.

4. Minyak goreng atau oli.

5. Neraca pegas.

6. Neraca O Haus atau neraca tiga lengan.

D. Langkah Kerja

1. Berilah tanda pada setiap balok dengan huruf A, B, C, D, dan E.

2. Haluskan dua buah sisi dari balok A dengan menggunakan amplas.

3. Timbanglah massa setiap balok dan catat hasilnya.

4. Letakkan balok A dengan permukaan yang kasar berada pada papan. Dengan menggunakan g = 9,8 m/s2, hitunglah gaya normal balok A dengan persamaan N = mg.

5. Kaitkan ujung neraca pegas dengan balok A, sedang ujung lainnya ditarik. Perhatikan gambar di bawah ini.

6. Tariklah neraca pegas secara perlahan. Perhatikan dan catatlah penunjukan skala neraca pegas saat balok tepat akan bergerak. Skala neraca pegas tersebut menunjukkan besar gaya gesek statis (fs) maksimum.

7. Ulangi langkah nomor 4 sampai nomor 6 dengan menambahkan balok lainnya secara bertahap dari penambahan balok B sampai balok E.

8. Ulangi langkah nomor 7 dengan membalik permukaan balok A, sehingga permukaan yang halus berada di bawah dan bersinggungan dengan papan.

9. Ulangi langkah nomor 8 dengan menambahkan minyak goreng atau oli pada permukaan papan.

10. Catatlah hasil percobaan kalian pada tabel berikut.

No.	Balok	Massa Total (kg)	Gaya Normal (N)	Gaya Gesek (N)
1. Permukaan A  kasar	A
	A + B
	A + B + C
	A + B + C + D
	A + B + C + D + E
2. Permukaan A  halus	A
	A + B
	A + B + C
	A + B + C + D
	A + B + C + D + E
3. Papan diberi  minyak/oli	A
	A + B
	A + B + C
	A + B + C + D
	A + B + C + D + E

E. Pembahasan

1. Apakah yang dimaksud dengan gaya normal?

2. Dengan melihat hasil eksperimen kalian pada tabel, bandingkan besar gaya gesekan statis pada nomor 1, nomor 2, dan nomor 3.

3. Buatlah grafik fungsi gaya gesekan statis maksimum terhadap gaya normal untuk setiap percobaan.

4. Hitunglah koefisien gesekan statis antara balok kayu dengan papan pada setiap percobaan berdasarkan grafik yang kalian peroleh.

5. Manakah percobaan yang menunjukkan nilai koefisien gesekan terkecil? Apakah artinya?

6. Bagaimanakah hubungan antara tingkat kekasaran permukaan balok dan papan dengan besar gaya gesek?

7. Apa yang dapat kalian simpulkan dari eksperimen ini?

Tulislah laporan hasil eksperimen kalian dengan mengikuti aturan penulisan laporan ilmiah. Kemudian, kumpulkan kepada guru kalian.

Bagaimana hasil eksperimen kalian? Berdasarkan hasil eksperimen, kalian menemukan bahwa besarnya gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal. Dari hasil eksperimen, kalian mendapatkan grafik fungsi gaya gesek statis maksimum (fs maks) terhadap gaya normal seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Berdasarkan grafik tersebut, gradien atau kemiringan grafik menunjukkan koefisien gesekan statis. Gradien grafik dapat kita cari dengan persamaan berikut ini.

Gradien = tan α

Gradien garus menunjukkan μs, sehingga:

μs = tan α

μs	=	fs maks
		N

Atau dapat dituliskan sebagai berikut.

fs maks = μsN

Keterangan:

fs maks = gaya gesek statis maksimum (N)

μs = koefisien gaya gesek statis

N = gaya normal (N)