Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - KEMDIKBUD
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
KELOMPOK KOMPETENSI B
70
3. memahami konsep gesekan melalui pengolahan data hasil percobaan
4.
menyelesaikan soal-soal yang berkaitan dengan permasalahan gesekan
B. Indikator Ketercapaian Kompetensi
Kompetensi yang diharapkan dicapai melalui program guru pembelajar ini adalah:
1. menguraikan gesekan statik dan kinetik 2. mendeskripsikan gesekan dalam kehidupan sehari-hari
C. Uraian Materi
Dalam mempelajari gerak benda yang berkaitan dengan karakteristik benda dan interaksi gaya-gaya antara benda
itu dengan
lingkungannya, maka
gaya gesekan
merupakan salah satu di antara gaya-gaya itu. Gaya gesekan terjadi antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan dan bergerak
satu terhadap yang lain. Jika dua benda bergerak satu terhadap yang lain dan selama gerak itu permukaan
kedua benda saling bersentuhan, maka masing-masing benda melakukan gaya gesekan satu terhadap yang lain. Gaya gesekan pada sebuah benda berlawanan arah
dengan arah gerak benda itu. Jadi gaya gesekan melawan gerak benda dan bukan mendorong gerak benda. Namun demikian, itu tidak selalu berarti bahwa gaya gesekan
itu merugikan dan hanya terjadi pada permukaan dua benda yang bergerak satu terhadap yang lain.
Gaya gesekan tidak selalu merugikan dan tidak hanya terjadi pada benda yang bergerak saja. Sebagai contoh, gesekan antara komponen-komponen mesin dapat
menghambat gerakan atau putaran mesin dan menimbulkan keausan komponen- komponen mesin, itu merugikan dan oleh sebab itu digunakan minyak pelumas untuk
menguranginya; tetapi orang tidak dapat berjalan pada lantai yang licin, dan roda kendaraan slip pada jalan yang licin, disitu berarti gaya gesekan dibutuhkan; sebuah
benda diam di atas bidang datar dan masih dapat terus diam ketika bidang itu dimiringkan sampai sudut tertentu, itu berarti bahwa pada benda itu terjadi gaya
gesekan yang menyebabkan benda dapat tetap diam sampai keadaan tertentu. Pada modul ini diuraikan gaya gesekan antara permukaan-permukaan benda padat,
yang dibedakan atas gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetik. Gaya gesekan statis terjadi antara dua permukaan benda yang diam satu terhadap yang lain, dan gaya
Gambar 3.2. Daerah kontak mikroskopik antara kotak dan
meja hanyalah bagian kecil dari daerah kontak mikroskopik.
Bagian ini sebanding dengan gaya normal yang dikerjakan
antara permukaan-permukaan.
LISTRIK untuk SMP
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
KELOMPOK KOMPETENSI B
Mata Pelajaran Fisika SMA
71
gesekan kinetik terjadi antara dua permukaan benda yang bergerak satu terhadap yang lain. Selanjutnya Anda pelajari kedua macam gaya gesekan itu satu demi satu
.
1. Gaya Gesekan Statik
Seperti telah dikemukakan sepintas, gaya gesekan statis merupakan gaya gesekan yang terjadi antara dua permukaan benda yang diam satu terhadap yang lain. Pernyataan
diam di atas memiliki rentang mulai dari keadaan diam yang benar-benar diam, sampai dengan keadaan tepat akan bergerak. Bergerak itu juga dapat berarti bergeser tranlasi
dan berguling rotasi. Keadaan tepat akan bergerak juga dapat berarti tepat akan bergeser, tepat akan berguling, dan tepat akan bergeser serta tepat akan berguling.
Sekarang Anda akan mempelajari sampai keadaan tepat akan bergeser dan bergeser saja, jadi hanya tranlasi dan tidak ada rotasinya.
a. Sebuah benda diletakan dan diam di atas bidang datar. Sesuai dengan hukum I Newton maka harus dipenuhi
∑ �⃑⃑⃑ = 0 � ⃑⃑⃑ = − �
⃑⃑⃑⃑⃑ b. Gaya normal
� ⃑⃑⃑ sama besar dan berlawanan arah
dengan gaya berat benda �
⃑⃑⃑⃑⃑, garis kerja �⃑⃑⃑ dan � ⃑⃑⃑⃑⃑
berimpit. c. Benda kemudian diberi gaya
�⃑⃑⃑ dan ternyata masih diam. Untuk keadan ini pun harus dipenuhi Hukum I Newton
∑ �⃑⃑⃑ = 0, sehingga diperoleh
∑ �⃑⃑⃑⃑⃑ = 0 � ⃑⃑⃑ = − �
⃑⃑⃑⃑⃑ ∑ �⃑⃑⃑⃑⃑ = 0 �⃑⃑⃑⃑⃑ = − F
Pada benda harus ada gaya yang melawan �⃑⃑⃑ sehingga
benda tetap diam. Gaya ini hanya disebabkan oleh gesekan antara permukaan benda dan bidang yang masih
diam, oleh sebab itu, disebut sebagai gaya gesekan statis �⃑⃑⃑⃑⃑ . Pada keadaan ini titik tangkap gaya normal bergeser
ke arah gaya yang diberikan.
d. Benda dapat tetap diam walau gaya �⃑⃑⃑ terus diperbesar
sedikit demi sedikit sampai batas tertentu. Ini berarti bahwa gaya gesekan itu juga semakin besar sampai batas
tertentu selama benda belum bergerak. e. Pada batas gaya
�⃑⃑⃑ tertentu benda mencapai keadaan tepat akan bergerak. Pada keadaan ini, berarti gaya
Gambar 3.3. Gaya gesekan
statik
Direktorat Jenderal Guru dan Tenaga Kependidikan - KEMDIKBUD
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: KESETIMBANGAN BENDA TEGAR
KELOMPOK KOMPETENSI B
72
gesekan statik, sudah mencapai harga maksimum. Untuk kedaaan ini tetap berlaku hukum I Newton, yaitu.
∑ �⃑⃑⃑⃑⃑ = 0 � ⃑⃑⃑ = − �
⃑⃑⃑⃑⃑ ∑ �⃑⃑⃑⃑⃑ = 0 �⃑⃑⃑
s maks
= �⃑⃑⃑
maks
Nilai gaya gesekan maksimum itu dinyatakan oleh persamaan �⃑⃑⃑
s maks
= µ
s
N
3.1
Pada persamaan di atas �⃑⃑⃑
s maks
adalah gaya gesekan statik maksimum, µ
s
adalah koefisien gesekan statik antara permukaan benda dan permukaan bidang, dan
� ⃑⃑⃑ adalah gaya normal
yang diberikan bidang pada benda. Bagaimanakah cara menentukan besarnya koefisien gesekan statik antara dua buah permukaan? Untuk itu dapat dilakukan dengan misalnya
cara-cara berikut ini:
Pertama, misalnya untuk menentukan koefisien
gesekan statik antara sebuah balok dengan suatu bidang datar. Balok A disimpan di atas bidang datar
yang dipasang horizontal, kemudian sebuah beban gantung B di pasang dengan tali dan dihubungkan ke
balok A, melalui sebuah katrol yang gesekannya dapat diabaikan.
Mula-mula massa beban gantung sekecil mungkin agar balok diam, kemudian, massa benda gantung ditambah sedikit demi sedikit sampai balok A tepat akan bergeser. Pada saat balok
tepat akan bergeser ini, gaya gesekan mencapai harga maksimum, dan untuk balok itu harus berlaku hukum I newton, sehingga diperoleh:
∑ �⃑⃑⃑⃑⃑ = 0 � ⃑⃑⃑ = − �
⃑⃑⃑⃑⃑ ∑ �⃑⃑⃑⃑⃑ = 0 �⃑⃑⃑⃑⃑ = − �⃑⃑⃑
Karena gesekan katrol diabaikan, maka besarnya tegangan tali sama dengan berat beban gantung
� ⃑⃑⃑⃑⃑
B
, sedangkan gaya gesekan maksimumnya memenuhi persamaan 3.1, sehingga didapat:
� ⃑⃑⃑⃑⃑
B
= µ
s
� ⃑⃑⃑⃑⃑⃑
A
m
B
g = µ
s
m
A
g Nilai koefisien gesekan itu adalah:
µ
s
=
� �
3.2
Percobaan ini dapat dilakukan dengan berbagai jenis permukaan bidang dan balok serta berbagai massa balok
misalnya dengan cara menumpuk beban tambahan di atas balok.
Gambar 3.4. Menentukan koefisien gesekan
