Gesekan adalah bagian dari kehidupan sehari-hari. Sementara dalam masalah fisika ideal Anda sering mengabaikan hal-hal seperti hambatan udara dan gaya gesekan, jika Anda ingin secara akurat menghitung gerakan benda melintasi permukaan, Anda harus memperhitungkan interaksi pada titik kontak antara objek dan permukaan.
Ini biasanya berarti bekerja dengan gesekan geser, gesekan statis atau gesekan bergulir, tergantung pada situasi tertentu. Meskipun benda yang menggelinding seperti bola atau roda jelas mengalami gaya gesek yang lebih sedikit daripada benda yang harus Anda slide, Anda masih harus belajar menghitung hambatan gelinding untuk menggambarkan gerakan benda seperti ban mobil di aspal.
Definisi Gesekan Bergulir
Gesekan menggelinding adalah jenis gesekan kinetik, juga dikenal sebagaitahan berguling, yang berlaku untuk gerakan menggelinding (sebagai lawan dari gerakan geser – jenis gesekan kinetik lainnya) dan menentang gerakan menggelinding pada dasarnya dengan cara yang sama seperti bentuk gaya gesekan lainnya.
Secara umum, menggelinding tidak melibatkan hambatan sebanyak meluncur, jadi sokoefisien gesekan gulingpada suatu permukaan biasanya lebih kecil daripada koefisien gesekan untuk situasi luncur atau statis pada permukaan yang sama.
Proses rolling (atau rolling murni, yaitu, tanpa selip) sangat berbeda dari geser, karena menggelinding termasuk gesekan tambahan karena setiap titik baru pada objek bersentuhan dengan permukaan. Akibatnya, pada saat tertentu ada titik kontak baru dan situasinya seketika mirip dengan gesekan statis.
Ada banyak faktor lain di luar kekasaran permukaan yang juga mempengaruhi gesekan gelinding; misalnya, jumlah benda dan permukaan untuk gerakan menggelinding berubah bentuk ketika mereka bersentuhan mempengaruhi kekuatan gaya. Misalnya, ban mobil atau truk mengalami hambatan gelinding yang lebih besar saat dipompa ke tekanan yang lebih rendah. Selain gaya langsung yang mendorong ban, sebagian energi yang hilang disebabkan oleh panas, yang disebutkerugian histeresis.
Persamaan untuk Gesekan Bergulir
Persamaan untuk gesekan guling pada dasarnya sama dengan persamaan untuk gesekan geser dan statis gesekan, kecuali dengan koefisien gesekan menggelinding menggantikan koefisien yang sama untuk jenis lain gesekan.
MenggunakanFk, r untuk gaya gesekan menggelinding (yaitu, kinetik, menggelinding),Ftidak untuk gaya normal danμk, r untuk koefisien gesekan guling, persamaannya adalah:
F_{k, r} = _{k, r}F_n
Karena gesekan guling adalah gaya, maka satuan dariFk, r adalah newton. Saat Anda memecahkan masalah yang melibatkan benda menggelinding, Anda harus mencari koefisien spesifik gesekan guling untuk bahan spesifik Anda. Engineering Toolbox umumnya fantastis sumber untuk jenis hal ini (lihat Sumberdaya).
Seperti biasa, gaya normal (Ftidak) memiliki besaran berat yang sama (yaitu,mg, dimanasayaadalah massa dang= 9,81 m/s2) benda pada permukaan horizontal (dengan asumsi tidak ada gaya lain yang bekerja ke arah itu), dan benda itu tegak lurus terhadap permukaan pada titik kontak.Jika permukaannya miringpada suatu sudutθ, besarnya gaya normal diberikan olehmgkarena (θ).
Perhitungan Dengan Gesekan Kinetik
Menghitung gesekan guling adalah proses yang cukup mudah dalam banyak kasus. Bayangkan sebuah mobil dengan massasaya= 1.500 kg, mengemudi di aspal dan denganμk, r = 0.02. Berapakah hambatan gelinding dalam kasus ini?
Menggunakan rumus, di sampingFtidak = mg(pada permukaan horizontal):
\begin{aligned} F_{k, r} &= _{k, r}F_n \\ &= _{k, r} mg \\ &= 0,02 × 1500 \;\text{kg} × 9,81 \;\ teks{m/s}^2 \\ &= 294 \;\text{N} \end{selaras}
Anda dapat melihat bahwa gaya akibat gesekan gelinding tampaknya besar dalam kasus ini, namun mengingat massa mobil, dan menggunakan hukum kedua Newton, ini hanya berjumlah perlambatan 0,196 m/s2. saya
jika mobil yang sama sedang melaju di jalan dengan kemiringan 10 derajat ke atas, Anda harus menggunakanFtidak = mgkarena (θ), dan hasilnya akan berubah:
\begin{aligned} F_{k, r} &= μ_{k, r}F_n \\ &= _{k, r} mg \cos(\theta)\\ &= 0,02 × 1500 \;\text{kg } × 9,81 \;\text{m/s}^2 × \cos (10 °)\\ &= 289,5 \;\text{N} \end{aligned}
Karena gaya normal berkurang karena bidang miring, gaya gesekan berkurang dengan faktor yang sama.
Anda juga dapat menghitung koefisien gesekan gelinding jika Anda mengetahui gaya gesekan gelinding dan besarnya gaya normal, dengan menggunakan rumus yang disusun ulang berikut ini:
_{k, r} = \frac{F_{k, r}}{F_n}
Membayangkan ban sepeda menggelinding pada permukaan beton horizontal denganFtidak = 762 N danFk, r = 1,52 N, koefisien gesekan gelinding adalah:
\begin{aligned} _{k, r} &= \frac{F_{k, r}}{F_n} \\ &=\frac{1.52 \;\text{N}}{762 \;\text{N }} \\ &= 0,002 \end{selaras}