Pengertian & Rumus Gaya Berat, Normal, Gesek + Pola Soal Dan Pembahasan

Dalam artikel perihal Percobaan Hukum 2 Newton terdapat sebuah teladan soal yang merupakan salah satu teladan penerapan Hukum II Newton pada gerak lurus. Bagaimanakah kita menuntaskan permasalahan yang berkaitan dengan penerapan Hukum II Newton dalam kehidupan sehari-hari?

Untuk menuntaskan duduk masalah yang berkaitan dengan Hukum II Newton dalam kehidupan sehari-hari, kita perlu mendefinisikan beberapa konsep, yaitu berat benda, gaya normal, dan gaya gesek. Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas perihal pengertian, rumus, teladan soal dan pembahasan perihal gaya berat, gaya normal dan gaya gesek. Silahkan disimak bahan berikut ini.

Apa itu Gaya Berat?

Ketika kalian masih duduk di dingklik SMP/MTs, tentunya kalian telah mengetahui perbedaan antara massa dan berat benda. Massa benda di manapun selalu tetap. Akan tetapi, berat benda selalu berubah bergantung besarnya percepatan gravitasi di daerah benda berada.

Gaya berat atau biasanya disingkat berat yaitu gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda bermassa. Jika benda tersebut berada di bumi, maka gaya gravitasi yang bekerja yaitu gaya tarik bumi. Lambang gaya berat yaitu w, abreviasi dari weight. Satuan berat yaitu Newton (N).

Selain mengajukan tiga aturan perihal gerak, Newton juga mengajukan Hukum Gravitasi Universal. Hukum gravitasi ini menjelaskan interaksi antara dua benda. Hukum gravitasi newton menyatakan bahwa dua buah benda dengan massa m1 dan m2 yang berada pada jarak r mempunyai gaya tarik-menarik sebesar.

F	=	G	m1m2
			r2

Keterangan:

F = gaya tarik-menarik (N)

G = Tetapan gravitasi (6,67 × 105 Nm2/kg2)

m1 = massa benda 1 (kg)

m2 = massa benda 2 (kg)

r = jarak kedua benda (m)

Berdasarkan persamaan di atas, bila m1 adalah massa bumi dan m2 adalah massa benda yang masih terpengaruh gaya tarik bumi, maka percepatan gravitasi (g) bumi dirumuskan sebagai berikut.

g	=	G	m1
			r2

Dari persamaan tersebut, besarnya gaya tarik bumi terhadap benda-benda di bumi sanggup dituliskan sebagai berikut.

F = mg

Gaya tarik bumi inilah yang disebut gaya berat (w) dengan satuan Newton (N). Jadi, gaya berat atau berat benda sanggup dinyatakan sebagai berikut.

w = mg …………… Pers. (1)

Keterangan:

w = berat benda (N)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)

Berdasarkan persamaan tersebut, berat benda tergantung pada besarnya percepatan gravitasi di daerah benda berada. Untuk menambah pemahaman kalian perihal berat benda, perhatikan teladan di bawah ini.

Contoh Soal Gaya Berat:

1. Sebuah kelapa mempunyai massa 2 kg. Berapakah berat kelapa, bila percepatan gravitasi di daerah itu 9,8 m/s2?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 2 kg

g = 9,8 m/s2

Ditanyakan: w = …?

Jawab:

Untuk mencari berat benda, gunakan persamaan:

w = mg

w = 2 kg × 9,8 m/s2

w = 19,6 N

Jadi, berat kelapa tersebut yaitu 19,6 N.

2. Seorang astronout ketika ditimbang di bumi beratnya  588 N. Berapakah berat astronot tersebut bila ditimbang di bulan yang mempunyai percepatan gravitasi 1/6 kali gravitasi bumi?

Penyelesaian:

Diketahui:

wbumi = 588 kg

gbulan = (1/6) × gbumi

Ditanyakan: wbulan = …?

Jawab:

Perlu diketahui bahwa massa benda dimanapun selalu sama, jadi:

mbumi = mbulan

wbumi/gbumi = wbulan/gbulan

wbulan = (wbumi × gbulan)/gbumi

wbulan = (558 × 1/6 × gbumi)/gbumi

wbulan = 98 N

Jadi, berat astronot di bulan yaitu 98 N.

Apa itu Gaya Normal?

Kalau kita perhatikan, arah berat benda selalu menuju sentra bumi. Dengan adanya gaya berat ini, benda akan cenderung jatuh menuju sentra bumi. Namun, pernahkan kalian berfikir, mengapa benda yang berada di atas meja tidak jatuh ke bumi?

Benda yang berada di atas meja tidak jatuh ke bumi disebabkan lantaran meja memperlihatkan gaya tegak lurus meja yang arahnya ke atas pada benda tersebut. Gaya yang diberikan meja ini disebut gaya normal (N).

Secara umum, gaya normal diartikan sebagai gaya yang arahnya tegak lurus bidang. Untuk benda pada bidang datar, besarnya gaya normal sama dengan gaya berat benda.

N = w

N = mg …………… Pers. (2)

Yang perlu kalian perhatikan, gaya normal dan gaya berat benda bekerja pada benda yang berbeda. Jadi, kedua gaya ini tidak sanggup saling menghilangkan.

Gaya Normal yaitu gaya yang bekerja pada bidang yang bersentuhan antara dua permukaan benda, yang arahnya selalu tegak lurus dengan bidang sentuh. Lambang gaya normal yaitu N dan satuan Sistem Internasionalnya yaitu kgm/s2 atau Newton.

Diagram gaya berat dan gaya normal yang bekerja pada benda yang terletak pada bidang datar dan miring sanggup kalian lihat pada gambar berikut ini.

Keterangan: Gambar (a): gaya berat dan gaya normal pada bidang datar. Gambar (b): gaya berat dan gaya normal pada bidang miring.

Contoh Soal Gaya Normal:

Sebuah balok bermassa 5 kg. bila g = 10 m/s2 maka tentukan gaya normal yang bekerja pada balok bila membisu di atas bidang miring yang membentuk sudut 300 terhadap horisontal.

Penyelesaian:

Perhatikan gambar di atas. gaya-gaya pada balok sanggup dilihat pada gambar tersebut. Balok dalam keadaan membisu pada arah tegak lurus bidang berarti berlaku persamaan berikut.

ΣFY = 0

N – w cos α = 0

N – w cos 30o = 0

N – 50 × ½ √3 = 0

N = 25 √3 N

Jadi, gaya normal yang bekerja pada balok tersebut adalah 25 √3 N.

Apa itu Gaya Gesek?

Pernahkan kalian mendorong atau menarik balok dan sulit bergerak? Misalnya menyerupai pada gambar di bawah ini. Salah satu penyebab keadaan itu yaitu gaya gesek. Gaya gesek merupakan proyeksi gaya kontak yang sejajar bidang sentuh. Pada gerak translasi arah gaya ini akan menentang kecenderungan arah gerak sehingga sanggup mempersulit gerak benda.

Berdasarkan keadaan benda yang dikenainya, gaya gesek sanggup dibagi menjadi dua. Untuk keadaan benda yang membisu dinamakan gaya gesek statis fs dan untuk keadaan benda yang bergerak dinamakan gaya gesek kinetik fk.

Gaya gesek (friction force) yaitu gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan atau bersinggungan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f dan satuannya yaitu Newton.

1. Gaya Gesek Statis

Gaya gesek ini terjadi pada keadaan membisu berarti besarnya akan memenuhi aturan I Newton. Contohnya menyerupai balok pada gambar di bawah ini. Balok ditarik gaya F, lantaran tetap membisu berarti fs = F agar ΣF = 0.

Gaya gesek statis ini mempunyai nilai maksimum fs max yaitu gaya gesek yang terjadi pada dikala benda sempurna akan bergerak. fs max dipengaruhi oleh gaya normal dan kekasaran bidang sentuh (μs). Dari kesebandingan ini sanggup dirumuskan sebagai berikut.

fs max  N

fs max   μs

fs max = μsN …………… Pers. (3)

Keterangan:

fs max = gaya gesek statis maksimum (N)

μs = koefisien gesek statis

N = gaya normal (N)

Dari nilai fs max pada persamaan (3) di atas, maka nilai gaya gesek statis akan memenuhi syarat sebagai berikut.

fs ≤ μsN …………… Pers. (4)

2. Gaya Gesek Kinetis

Gaya gesek kinetik timbul dikala benda bergerak. Besar gaya gesek kinetik sesuai dengan fs max yaitu sebanding dengan gaya normal N dan sebanding dengan koefisien gesek kinetik μk. Dari relasi ini sanggup dirumuskan menyerupai berikut ini.

fk = μkN …………… Pers. (5)

Keterangan:

fk = gaya gesek kinetik (N)

μk = koefisien gesek kinetis

N = gaya normal (N)

Contoh Soal Gaya Gesek:

Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar kasar. μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar F mendatar. g = 10 m/s2. Tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok jika:

(a) F = 100 N

(b) F = 140 N

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 20 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

g = 10 m/s2

F = 100 N dan 140 N

Ditanyakan: f dan a?

Jawab:

Keadaan balok sanggup digambarkan menyerupai pada gambar di atas. Gaya normal N memenuhi:

N = w = mg = (20 kg)(10 m/s2) = 200 N

Pengaruh gaya F sanggup diketahui dengan menghitung dahulu gaya gesek statis yang bekerja pada balok, yaitu sebagai berikut.

fs = μsN

fs = (0,6)(200 N)

fs = 120 N

(a) Untuk F = 100 N

Karena F < fs maka balok masih tetap membisu sehingga berlaku Hukum I Newton yaitu sebagai berikut.

ΣFX = 0

F – f = 0

f = F

f = 100 N

Karena benda diam, maka a = 0

Jadi, gaya gesek dan percepatan balok sebesar 100 N dan 0 m/s2.

(b) Untuk F = 140 N

F > fs maka balok bergerak dan gaya gesek yang bekerja yaitu gaya gesek kinetik, yaitu sebesar:

fk = μkN

fk = (0,3)(200)

fk = 60 N

Karena balok bergerak, maka berlaku Hukum II Newton yaitu sebagai berikut.

ΣFX = ma

F – fk = ma

140 – 60 = 20a

20a = 80

a = 4 m/s2

Jadi, gaya gesek dan percepatan balok yaitu 60 N dan 4 m/s2.