Contoh Soal Gaya Gesek Pada Bidang Miring Dan Pembahasannya Lengkap

Gaya gesek yakni gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Untuk benda yang bergerak pada suatu bidang baik bidang datar maupun bidang mirin, gaya gesek tidak dipengaruhi oleh luas permukaan benda yang saling bersentuhan.

Sedangkan untuk benda yang bergerak di udara, gaya geseknya bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Makin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut sedangkan untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, gaya geseknya tidak tergantung luas bidang sentuhnya.

Gaya tabrakan sanggup dibedakan menjadi dua, yaitu gaya tabrakan statis dan gaya tabrakan kinetis.

Gaya gesek statis (fs)

Adalah gaya gesek yang bekerja pada benda selama benda tersebut masih diam. Menurut aturan I Newton, selama benda masih membisu berarti resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut yakni nol. Jadi, selama benda masih membisu gaya gesek statis selalu sama dengan yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis sanggup ditulis sebagai berikut.

fs maks = μsN ………. Pers. (1)

Keterangan:

fs maks = gaya gesek statis maksimum (N)

μs = koefisien gesek statis

Gaya gesek kinetis (fk)

Adalah gaya gesek yang bekerja pada ketika benda dalam keadaan bergerak. Gaya ini termasuk gaya dissipatif, yaitu gaya dengan perjuangan yang dilakukan akan bermetamorfosis kalor. Perbandingan antara gaya tabrakan kinetis dengan gaya normal disebut koefisien gaya tabrakan kinetis (μs). Secara matematis sanggup di tulis sebagai berikut.

fk = μkN ………. Pers. (2)

Keterangan:

fk = gaya gesek kinetik (N)

μk = koefisien gesek kinetik

Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas beberapa referensi soal ihwal gaya gesek benda-benda yang bergerak di bidang miring. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi berikut ini. Selamat berguru dan agar sanggup paham.

Contoh Soal dan Pembahasan Gaya Gesek Pada Bidang Miring

1. Sebuah benda yang beratnya w meluncur ke bawah dengan kecepatan tetap pada suatu bidang miring yang kasar. Bidang miring tersebut membentuk sudut 37o dengan arah horizontal. Hitung koefisien tabrakan antara benda dengan bidang tersebut.

Penyelesaian:

Pertama kita gambarkan diagram gaya yang bekerja pada benda tersebut, menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Benda bergerak dengan kecepatan tetap, hal ini berarti benda melaksanakan gerak lurus beraturan (GLB) sehingga percepatannya yakni nol (a = 0).

■ Pada sumbu-Y, berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFY = 0

N – w cos θ = 0

N = w cos θ

N = mg cos θ

■ Pada sumbu-X, berlaku Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFX = ma

w sin θ – f = m(0)

mg sin θ – μkN= 0

mg sin θ – μkmg cos θ = 0

μkmg cos θ = mg sin θ

μk cos θ = sin θ

μk = sin θ/cos θ

μk = tan θ

μk = tan 37o

μk = 0,75

Jadi, koefisien tabrakan antara benda dengan bidang yakni 0,75.

2. Sebuah balok bergerak menuruni bidang yang kemiringannya 30o terhadap bidang horizontal. Jika balok bergerak dengan percepatan 4 m/s2, tentukanlah koefisien gesek kinetis antara balok dengan bidang.

Penyelesaian:

Diagram gaya yang bekerja pada balok sama menyerupai pada soal nomor 1 di atas. Karena balok mempunyai percepatan, maka balok melaksanakan gerak lurus berubah beraturan (GLBB).

■ Pada sumbu-Y, berlaku Hukum I Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFY = 0

N – w cos θ = 0

N = w cos θ

N = mg cos θ

■ Pada sumbu-X, berlaku Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFX = ma

w sin θ – f = ma

mg sin θ – μkN= ma

mg sin θ – μkmg cos θ = ma

μkmg cos θ = mg sin θ – ma

μkg cos θ = g sin θ – a

μk(10)(cos 30o)= (10)(sin 30o) – 4

μk(10)(0,866)= (10)(0,5) – 4

8,66μk = 5 – 4

8,66μk = 1

μk = 1/8,66

μk = 0,12

Jadi, koefisien tabrakan antara benda dengan bidang yakni 0,12.

3. Sebuah benda dengan berat 30 N berada pada bidang miring. Ternyata, benda sempurna akan meluncur ke bawah. Jika percepatan gravitasi bumi yakni 10 m/s2, tentukan koefisien gesek antara benda dengan bidang miring!

Penyelesaian:

Dari soal kita ketahui bahwa benda sempurna akan meluncur jadi benda belum bergerak, sehingga gaya gesek yang bekerja yakni gaya gesek statis. Untuk memilih koefisien gesek (statis), kita gunakan rumus menyerupai yang telah diuraikan pada soal nomor 1 di atas, yaitu sebagai berikut.

μs = tan θ

μs = tan (30o)

μs = 1/3 √3

Lalu bagaimana kalau kita lupa dengan rumus koefisien gesek tersebut? Tenang saja, bagi kalian yang tidak suka menghafal rumus, masih ada metode manual untuk menuntaskan kasus di atas. Metode manual yang dimaksud yakni dengan memilih persamaan gerak benda menurut Hukum Newton. Langkah pertama yakni menggambar garis-garis gaya yang bekerja pada benda, yaitu sebagai berikut.

Resultan gaya pada sumbu-Y yakni sebagai berikut.

ΣFY = 0

N – w cos 30o = 0

N = w cos 30o

Karena benda belum bergerak, maka a = 0. Sehingga berlaku Hukum I Newton pada sumbu-X yaitu sebagai berikut.

ΣFX = 0

w sin 30o – fs = 0

w sin 30o – μsN = 0

μsN = w sin 30o

μsw cos 30o = w sin 30o

μs cos 30o = sin 30o

μs	=	sin 30o
		cos 30o

μs	=	½
		½ √3

μs = 1/3 √3

Jadi, koefisien gesek antara benda dengan bidang miring adalah 1/3 √3.