Sebagian besar objek tidak semulus yang Anda kira. Pada tingkat mikroskopis, bahkan permukaan yang tampak halus sebenarnya adalah lanskap perbukitan dan lembah kecil, terlalu kecil untuk benar-benar melihat tetapi membuat perbedaan besar dalam hal menghitung gerakan relatif antara dua kontak permukaan.
Ketidaksempurnaan kecil di permukaan ini saling bertautan, sehingga menimbulkan gaya gesekan, yang bekerja di arah yang berlawanan dengan gerakan apa pun dan harus dihitung untuk menentukan gaya total pada objek.
Ada beberapa jenis gesekan, tapigesekan kinetikatau dikenal sebagaigesekan geser, sementarafriksi statismempengaruhi objeksebelumitu mulai bergerak dangesekan bergulirkhusus berkaitan dengan objek bergulir seperti roda.
Mempelajari apa yang dimaksud dengan gesekan kinetis, bagaimana menemukan koefisien gesekan yang sesuai dan bagaimana menghitung itu memberi tahu Anda semua yang perlu Anda ketahui untuk mengatasi masalah fisika yang melibatkan gaya force gesekan.
Definisi Gesekan Kinetik
Definisi gesekan kinetik yang paling sederhana adalah: resistensi terhadap gerak yang disebabkan oleh kontak antara permukaan dan benda yang bergerak melawannya. Gaya gesekan kinetis bekerja untukmenentanggerak benda, jadi jika Anda mendorong sesuatu ke depan, gesekan mendorongnya ke belakang.
Gaya fiksi kinetik hanya berlaku untuk benda yang bergerak (maka "kinetik"), dan dikenal sebagai gesekan geser. Ini adalah gaya yang melawan gerakan geser (mendorong sebuah kotak melintasi papan lantai), dan ada gaya tertentukoefisien gesekanuntuk ini dan jenis gesekan lainnya (seperti gesekan bergulir).
Jenis gesekan utama lainnya antara padatan adalah gesekan statis, dan ini adalah hambatan terhadap gerakan yang disebabkan oleh gesekan antara amasihobjek dan permukaan. Itukoefisien gesekan statisumumnya lebih besar dari koefisien gesekan kinetik, menunjukkan bahwa gaya gesekan lebih lemah untuk benda yang sudah bergerak.
Persamaan untuk Gesekan Kinetik
Gaya gesekan paling baik didefinisikan menggunakan persamaan. Gaya gesekan tergantung pada koefisien gesekan untuk jenis gesekan yang dipertimbangkan dan besarnya gaya normal yang diberikan permukaan pada benda. Untuk gesekan geser, gaya gesekan diberikan oleh:
F_k = _k F_n
DimanaFk adalah gaya gesekan kinetis,μk adalah koefisien gesekan geser (atau gesekan kinetik) danFtidak adalah gaya normal, sama dengan berat benda jika masalahnya melibatkan permukaan horizontal dan tidak ada gaya vertikal lain yang bekerja (yaitu,Ftidak = mg, dimanasayaadalah massa benda dangadalah percepatan gravitasi). Karena gesekan adalah gaya, maka satuan gaya gesekan adalah newton (N). Koefisien gesekan kinetik tidak memiliki satuan.
Persamaan untuk gesekan statis pada dasarnya sama, kecuali koefisien gesekan geser diganti dengan koefisien gesekan statis (μs). Ini benar-benar paling baik dianggap sebagai nilai maksimum karena meningkat hingga titik tertentu, dan kemudian jika Anda menerapkan lebih banyak kekuatan pada objek, itu akan mulai bergerak:
F_s \leq _s F_n
Perhitungan Dengan Gesekan Kinetik
Mengerjakan gaya gesekan kinetik sangat mudah dilakukan pada permukaan horizontal, tetapi sedikit lebih sulit pada permukaan miring. Misalnya, ambil balok kaca dengan massa masssaya= 2 kg, didorong melintasi permukaan kaca horizontal,𝜇k = 0,4. Anda dapat menghitung gaya gesekan kinetik dengan mudah menggunakan relasi usingFtidak = mgdan mencatat bahwag= 9,81 m/s2:
\begin{aligned} F_k &= _k F_n \\ &= _k mg \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 \\ &= 7,85 \; \text{N} \end{selaras}
Sekarang bayangkan situasi yang sama, kecuali permukaannya miring 20 derajat terhadap horizontal. Gaya normal tergantung pada komponenbobotdari objek yang diarahkan tegak lurus ke permukaan, yang diberikan olehmgkarena (θ), dimanaθadalah sudut kemiringan. Perhatikan bahwamgdosa (θ) memberi tahu Anda gaya gravitasi yang menariknya ke bawah bidang miring.
Dengan balok bergerak, ini memberikan:
\begin{aligned} F_k &= _k F_n \\ &= _k mg \; \cos (θ) \\ &= 0,4 × 2 \;\text{kg} × 9,81 \;\text{m/s}^2 × \cos (20 °)\\ &= 7,37 \;\text{N } \akhir{selaras}
Anda juga dapat menghitung koefisien gesekan statis dengan eksperimen sederhana. Bayangkan Anda mencoba untuk mulai mendorong atau menarik balok kayu seberat 5 kg melintasi beton. Jika Anda mencatat gaya yang diterapkan pada saat yang tepat ketika kotak mulai bergerak, Anda dapat mengatur ulang persamaan gesekan statis untuk menemukan koefisien gesekan yang sesuai untuk kayu dan batu. Jika diperlukan gaya 30 N untuk memindahkan balok, maka maksimum untukFs = 30 N, jadi:
F_s = _s F_n
Mengatur ulang menjadi:
\begin{aligned} _s &= \frac{F_s}{F_n} \\ &= \frac{F_s}{mg} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{5 \;\text {kg}×9,81 \;\text{m/s}^2} \\ &= \frac{30 \;\text{N}}{49,05 \;\text{N}} \\ &= 0,61 \end {selaras}
Jadi koefisiennya sekitar 0,61.