Mengenal Jenis dan Rumus Gaya Gesek di Ilmu Fisika

Rumus gaya gesek di dalam ilmu fisika biasanya digunakan untuk menghitung koefisien gesekan statis atau kinetis. Materi ini dibahas berbarengan dengan cabang materi lainnya seperti Hukum Newton dan sebagainya.

Gaya bisa berarti suatu dorongan atau tarikan yang akan menggerakkan benda bebas. Gaya erat kaitannya dengan Hukum Newton. Sebab, pada rumus gaya yang berbunyi “massa dikali percepatan” sama dengan Newton. Newton sendiri adalah satuan SI turunan dengan lambang N. Singkatnya, Newton merupakan satuan dari gaya.

Konsep gaya dapat berupa interaksi apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami perubahan gerak. Gaya bisa dibedakan berdasarkan jenisnya. Salah satu jenis gaya yang sering diterapkan pada aktivitas sehari-hari adalah gaya gesek.

Definisi Gaya Gesek

Secara sederhana konsep gaya gesek adalah dipengaruhi oleh dua permukaan benda yang saling bertemu. Gaya gesek merupakan bentuk gaya yang saling berlawanan dengan suatu gerak benda.

Menurut penjelasan yang ada di buku Dunia IPA, disebutkan kalau gaya gesek bisa terjadi karena adanya benda-benda yang saling bersentuhan. Gaya gesek termasuk ke dalam gaya kontak (sentuh) karena melibatkan pertemuan antara satu objek dengan objek lainnya.

Timbulnya gaya gesek pada benda-benda yang bersentuhan tidak sama besar nilainya. Gaya gesek bisa semakin besar kalau permukaan suatu objek sangat kasar. Hal ini pun berlaku sebaliknya apabila permukaan benda tersebut sangat halus. Artinya, besar kecilnya gaya gesek pada sebuah benda sangat dipengaruhi oleh kasar-licinnya permukaan benda yang bergesekan.

Mengutip dari buku berjudul IPA Terpadu (Biologi, Kimia, Fisika), definisi lain dari gaya gesek adalah gaya yang melawan gerak benda pada suatu permukaan. Berdasarkan penjelasan ini, setidaknya ada beberapa sifat-sifat gaya gesek yang antara lain meliputi:

1. Rumus gaya gesek tidak bisa menggerakan benda.
2. Besarnya gaya gesek sangat bergantung pada kekasaran dua benda yang bergesekan.
3. Arah gaya gesek selalu berlawanan. Sehingga gaya gesek akan menghambat pergerakan benda.
4. Rumus gaya gesek selalu dipengaruhi arah kecenderungan benda bergerak. Ini mengingat gaya gesek merupakan gaya yang berarah melawan gerak benda.

Contoh gaya gesek yang bisa ditemui di kehidupan sehari-hari contohnya seperti ketika seseorang mendorong sebuah meja. Jika meja tersebut didorong pada permukaan yang begitu kasar, maka gaya geseknya akan semakin besar. Sedangkan, kalau permukaannya halus atau meja itu memiliki roda di bawahnya maka gaya geseknya menjadi lebih kecil.

Jenis-jenis Gaya Gesek

Gaya gesek dan rumus gaya gesek umumnya melibatkan dua permukaan benda yang bersentuhan. Gaya gesek yang melawan atau juga menahan gaya tarik/dorong ini besarannya berbeda-beda.

Di dalam ilmu fisika, yang disebut gaya gesek adalah ketika dua buah benda bersentuhan. Benda atau objek tersebut bisa berbentuk padat, gas, dan cair. Bentuk gaya ini juga merupakan kumpulan akumulasi interaksi mikro antara kedua permukaan yang bersentuhan itu.

Hingga saat ini ada dua jenis gaya gesek yang diketahui. Pertama adalah gaya gesek kinetis dan kedua yaitu gaya gesek statis. Untuk lebih jelasnya simak penjelasan lengkapnya berikut ini:

Gaya Gesek Kinetis

Secara harfiah yang dimaksud dengan gesekan yang terjadi saat suatu benda bergerak. Contohnya bisa dilihat saat sebuah roda mobil dan motor sedang melaju di jalan raya.

Sejumlah pendapat menyatakan kalau gaya gesek kinetis akan selalu lebih kecil daripada gaya gesek statis. Sebagaimana dijelaskan dalam salah satu artikel di Zenius.com, gaya gesek kinetis bekerja pada benda yang sedang bergerak. Gaya gesek yang bekerja ketika permukaan kontak saling bergeser tentunya sangat berlawanan dengan gaya gesek statis.

 Rumus gaya gesek kinetis dapat dinyatakan seperti ini:

• fk = μk x N

Keterangan:

• fk : besar gaya gesek kinetis (N)
• μk : koefisien gesek kinetis (N)
• N : gaya normal (N)

Jika melihat dari rumus gaya gesek kinetis di atas, nilai gaya gesek jenis ini merupakan hasil perkalian koefisien geseknya dengan gaya normal suatu objek. Seperti dijelaskan sebelumnya, koefisien gesek selalu lebih kecil dari koefisien gesek statis untuk material yang sama.

Gaya Gesek Statis

Gaya gesek statis bekerja pada benda-benda yang diam. Karena bekerja pada benda dalam kondisi diam, besar gaya gesek statis merupakan hasil antara koefisien gesek statis dengan gaya normal benda. Koefisien gesek merupakan besaran yang bergantung pada kekasaran kedua permukaan bidang yang bersentuhan

Pada umumnya, koefisien gaya gesek statis akan lebih besar ketimbang gaya gesek kinetis. Untuk rumus gaya gesek ini bisa dinyatakan sebagai berikut:

• fs = μs x N

Keterangan:

• fs : merupakan besar gaya gesek statis (N)
• μs : koefisien gesek statis (N)
• N : gaya normal (N)

Rumus Gaya Gesek

Dalam buku Gerak dan Gaya (2019) yang ditulis oleh Bayu Sapta Hari, gaya gesek dibedakan menjadi gaya gesek statis dan kinetis. Besarnya dapat dinyatakan oleh rumus gaya gesek sebagai berikut:

• fs ≤ μs N
• fk = μs N

Selain uraian di atas berikut rincian tentang rumus gaya gesek statis dan dinamis:

• Gaya gesek statis: fs = μs x N
• Gaya gesek kinetis: fk = μk x N

Contoh Soal dan Cara Menghitung Rumus Gaya Gesek

Setelah memahami rumus gaya gesek, biasanya pembahasan selanjutnya adalah berlatih untuk mengerjakan soal yang berkaitan dengan rumus gaya gesek.

Mengutip situs Zenius.com dan sumber lainnya, di bawah ini ada beberapa contoh soal rumus gaya gesek:

Contoh soal 1:

Terdapat sebuah balok bermassa 20 kg terletak di atas lantai kasar. Diketahui bahwa μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar 160 N  secara mendatar. Tentukan gaya gesek yang dialami balok!

Cara mengerjakannya:

Diketahui:

m = 20 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

F = 160 N

Ditanya: f?

Jawab:

Besar gaya normal (N):

ΣFY = 0

N – w = 0

N = w

N = mg

N = (20)(10)

N = 200 N

Mencari gaya gesek statis:

fs = μs x N

fs = 0,6 x 200

fs = 120 N

Karena F > fs maka balok tersebut bergerak. Maka gaya gesek kinetis nya:

fk = μk x N

fk = (0,3)(200)

fk = 60 N

Gaya gesek yang bekerja pada balok tersebut adalah 60 N.

Contoh soal 2:

Suatu benda bermassa 50 kg berada pada bidang datar. Pada benda, gaya yang bekerja 200 N mendatar. Berapa percepatan pada benda itu kalau bidang itu licin dan bidang kasar dengan koefisien gesek = 0,3 (g = 10 m/s2)?

Cara mengerjakannya:

Diketahui:

m = 50 kg

μ = 0,3

F = 200 N

g = 10 m/s2

Ditanya: percepatan benda jika bidang licin dan percepatan benda jika bidang kasar (μ = 0,3).

Jawab:

Bidang licin

F = m.a maka a = F/m

= 200/50

= 4 m/s

Jadi, percepatan jika bidang licin = 4 m/s2.

Bidang kasar (μ = 0,3)

N = w

= mg

= 50 x 10 = 500 N

Fgesek = μ N

= 0,3 x 500

= 150 N

Ftotal = F – Fgesek

= 200 – 150

= 50 N

a = Ttotal/m

= 50/50

= 1 m/s

Jadi, percepatan jika bidang kasar = 1 m/s2.

Itulah beberapa contoh soal yang bisa dijadikan sebagai referensi. Namun, karena materi rumus gaya gesek berkaitan dengan Hukum Newton dan materi lainnya. Maka ada baiknya secara keseluruhan materi tersebut dipahami serta dipelajari terlebih dahulu.

Manfaat Penerapan Rumus Gaya Gesek di Kehidupan Sehari-hari

Mengutip dari buku Dunia IPA, gaya gesek dapat memberikan manfaat dan kerugian dalam kehidupan sehari-hari. Manfaat penerapan rumus gaya gesek yang kita peroleh misalnya menghasilkan panas, daya kikis, dan daya hambat. Sementara kerugiannya dapat menimbulkan kerusakan pada bagian-bagian mesin dan pemborosan energi.

Lebih lanjut berikut manfaat penerapan rumus gaya gesek di kehidupan sehari-hari:

1. Gaya gesek dapat mengikis benda, contohnya gaya gesek yang ditimbulkan ampelas terhadap kayu membuat kayu menjadi halus.
2. Gaya gesek mencegah benda tergelincir, misalnya gaya gesek antara alas sepatu dengan lantai membuat seseorang tidak tergelincir. Tanpa ada gaya gesek, dia tidak dapat berjalan karena lantai licin.
3. Gaya gesek menghasilkan panas, misalnya gaya gesek dapat menghangatkan badan ketika seseorang menggosokkan kedua belah tangannya.