Gesekan statis adalah gaya yang harusmengatasiuntuk sesuatu untuk pergi. Misalnya, seseorang dapat mendorong benda diam seperti sofa berat tanpa bergerak. Tapi, jika mereka mendorong lebih keras atau meminta bantuan teman yang kuat, itu akan mengatasi gaya gesekan dan bergerak.
Saat sofa diam,gaya gesekan statis adalah menyeimbangkan gaya yang diterapkan dari dorongan. Karena itu,gaya gesekan statis meningkat secara linier dengan gaya yang diterapkan bekerja dalam arah yang berlawanan, sampai mencapai nilai maksimum dan benda baru mulai bergerak. Setelah itu, benda tidak lagi mengalami hambatan dari gesekan statis, tetapi dari gesekan kinetik.
Gesekan statis biasanya merupakan gaya gesekan yang lebih besar daripada gesekan kinetik – lebih sulit untuk mulai mendorong sofa di sepanjang lantai daripada mempertahankannya.
Koefisien Gesekan Statis
Gesekan statis dihasilkan dari interaksi molekuler antara benda dan permukaan tempat benda itu berada. Dengan demikian, permukaan yang berbeda memberikan jumlah gesekan statis yang berbeda.
Koefisien gesekan yang menggambarkan perbedaan gesekan statis untuk permukaan yang berbeda adalahμs.Itu dapat ditemukan di tabel, seperti yang ditautkan dengan artikel ini, atau dihitung secara eksperimental.
Persamaan untuk Gesekan Statis
Dimana:
- Fs= gaya gesekan statis dalam newton (N)
- μs = koefisien gesekan statis (tidak ada satuan)
- Ftidak = gaya normal antar permukaan dalam newton (N)
Gesekan statis maksimum dicapai ketika ketidaksetaraan menjadi kesetaraan, di mana titik gaya gesekan yang berbeda mengambil alih saat benda mulai bergerak. (Gaya kinetik, atau gesekan geser, memiliki koefisien berbeda yang terkait dengannya yang disebut koefisien gesekan kinetik dan dilambangkanμk .)
Contoh Perhitungan Dengan Gesekan Statis
Seorang anak mencoba mendorong kotak karet 10 kg secara horizontal di sepanjang lantai karet. Koefisien gesekan statis adalah 1,16. Berapakah gaya maksimum yang dapat digunakan anak tersebut?tanpakotak bergerak sama sekali?
[masukkan diagram benda bebas yang menunjukkan gaya yang diterapkan, gesekan, gravitasi, dan normal pada kotak diam]
Pertama, perhatikan bahwa gaya total adalah 0 dan temukan gaya normal permukaan pada kotak. Karena kotak tidak bergerak, gaya ini harus sama besarnya dengan gaya gravitasi yang bekerja dalam arah yang berlawanan. Ingat ituFg = mgdimanaFgadalah gaya gravitasi,sayaadalah massa benda dangadalah percepatan gravitasi di bumi.
Begitu:
F_N=F_g=10\times 9,8 = 98\text{ N}
Kemudian, selesaikan untuk Fs dengan persamaan di atas:
F_s=\mu_s\times F_N=1,16\times 98 = 113,68\text{ N}
Ini adalah gaya gesekan statis maksimum yang akan melawan gerakan kotak. Oleh karena itu, ini juga merupakan jumlah kekuatan maksimum yang dapat diterapkan anak tanpa menggerakkan kotak.
Perhatikan bahwa, selama anak itu menerapkan kekuatan apa punkurang dari nilai maksimum gesekan statis, kotak itu tetap tidak mau bergerak!
Gesekan Statis pada Bidang Miring
Gesekan statis tidak hanya melawan gaya yang diterapkan. Itu menjaga objek agar tidak meluncur menuruni bukit atau permukaan miring lainnya, menahan tarikan gravitasi.
Pada suatu sudut, persamaan yang sama berlaku tetapi trigonometri diperlukan untuk menyelesaikan vektor-vektor gaya ke dalam komponen horizontal dan vertikalnya.
Perhatikan sebuah buku bermassa 2 kg yang terletak pada bidang miring dengan sudut 20 derajat. Agar buku tetap diam,gaya yang sejajar dengan bidang miring harus seimbang. Seperti yang ditunjukkan diagram, gaya gesekan statis sejajar dengan bidang dalam arah ke atas; gaya ke bawah yang berlawanan berasal dari gravitasi - dalam kasus ini,hanya komponen horizontal dari gaya gravitasiadalah menyeimbangkan gesekan statis.
Dengan menggambar segitiga siku-siku dari gaya gravitasi untuk menyelesaikan komponennya, dan melakukan a geometri kecil untuk menemukan bahwa sudut dalam segitiga ini sama dengan sudut kemiringan bidang, itukomponen gaya gravitasi horizontal(komponen sejajar bidang) maka:
F_{g, x}=mg\sin{\theta}=2\times 9.8\times\sin{20}=6.7\text{ N}
Ini harus sama dengan gaya gesekan statis yang menahan buku pada tempatnya.
Nilai lain yang mungkin ditemukan dalam analisis ini adalah koefisien gesekan statis. Gaya normal adalahtegak luruske permukaan tempat buku itu berada. Jadi kekuatan ini pastiseimbang dengan komponen vertikalgaya gravitasi:
F_{g, y}=mg\cos{\theta}=2\times 9.8\times\cos{20}=18.4\text{ N}
Kemudian, mengatur ulang persamaan untuk gesekan statis:
\mu_s=\frac{F_s}{F_N}=\frac{6.7}{18.4}=0.364