Rumus Gaya Gesek: Pengertian, Jenis, Contoh Soal, dan Manfaatnya

Rumus gaya gesek – Hai Sobat Grameds! artikel ini akan membahas rumus gaya gesek dalam ilmu fisika, lengkap dengan cara mencari dan contoh soalnya nih.

Anda sudah pernah dengar tentang pembahasan gaya gesek belum sih? Semisal belum pernah denger, Anda yakin udah pada pernah denger suara rem mobil, motor atau sepeda yang bunyinya cittt begitu. Sebenarnya gaya gesek terjadi saat kalian dengar suara decitan itu. Jika Anda ingin mengetahui rumus gaya gesek mari simak pembahasan dibawah ini.

Pengertian Rumus Gaya Gesek

Rumus gaya gesek adalah gaya yang melawan arah gerak suatu benda. Gaya ini terjadi karena kontak benda dengan orbit bidang lintasan menimbulkan gesekan antara kedua benda pada saat benda mulai bergerak sampai benda pun juga bergerak.

Besarnya gaya ini ditentukan berdasarkan kekasaran permukaan dua bidang yang berkontak, sehingga semakin kasar permukaan suatu bidang maka semakin tinggi nilai gaya geseknya.

Rumus gaya gesekan dalam fisika sering digunakan untuk menghitung koefisien gesekan statis atau kinetik. Materi ini dibahas bersama dengan cabang materi lain seperti hukum Newton dll. Gaya dapat berarti suatu dorongan atau tarikan yang akan menggerakkan suatu benda secara bebas.

Rumus gaya gesek berkaitan erat dengan hukum Newton. Karena rumus gaya berbunyi sama dengan “massa kali percepatan” seperti rumus Newton. Newton sendiri adalah satuan turunan SI dengan simbol N.

Singkatnya, Newton adalah satuan gaya. Konsep gaya dapat berupa interaksi apa pun yang dapat menyebabkan suatu benda bermassa mengubah geraknya. Gaya dapat dibedakan berdasarkan jenisnya. Salah satu jenis gaya yang biasa diterapkan pada aktivitas sehari-hari adalah gaya gesek.

Sederhananya, konsep rumus gaya gesek dipengaruhi oleh dua permukaan benda yang bertemu. Gesekan adalah salah satu bentuk gaya yang melawan gerak suatu benda.

Seperti yang dijelaskan dalam buku Dunia Science, dikatakan bahwa gesekan dapat terjadi karena adanya kontak dengan benda. Gaya gesek termasuk dalam gaya kontak (sentuhan) karena menyangkut tumbukan antara satu benda dengan benda lainnya.

Terjadinya gaya gesek pada benda yang bersentuhan tidak memiliki nilai yang sama. Rumus gaya gesekbisa lebih besar lagi jika permukaan suatu benda sangat kasar. Hal yang sama berlaku jika permukaan benda sangat halus. Artinya, besarnya gaya gesek pada suatu benda sangat dipengaruhi oleh kekasaran permukaan gesekan benda tersebut.

Mengutip dari buku yang berjudul General Science (Biology, Chemistry, Physics), Definisi lain dari gaya gesek adalah gaya yang melawan gerak benda pada suatu permukaan. Berdasarkan interpretasi tersebut, setidaknya ada beberapa sifat gesekan antara lain:

1. Rumus gesekan tidak dapat menggerakkan hewan.
2. Besarnya gaya gesek yang kuat tergantung pada kekasaran kedua benda yang saling bergesekan.
3. Arah gesekan selalu berlawanan arah. Dengan demikian, gaya gesekan akan menghambat gerak benda.
4. Rumus gesekan selalu dipengaruhi oleh arah gerak benda. Memang, gaya gesekan adalah gaya terarah yang menentang gerakan benda.

Jenis-Jenis Gaya Gesek

Rumus gaya gesek dan gaya gesek biasanya melibatkan dua permukaan yang bersentuhan. Gaya gesekan melawan atau melawan gaya tarik/dorong ini bervariasi besarnya.

Dalam fisika, rumus gaya gesek adalah ketika dua benda saling bersentuhan. Benda atau benda bisa berwujud padat, gas, dan cair. Bentuk gaya ini juga merupakan kumpulan interaksi mikroskopis yang terakumulasi antara dua permukaan yang bersentuhan.

Sampai saat ini, dua jenis gesekan dikenal. Yang pertama adalah rumus gaya gesek kinetis dan yang kedua adalah rumus gaya gesek statis. Untuk lebih jelasnya simak penjelasan lengkapnya di bawah ini:

1. Rumus Gaya Gesek Kinetis

Secara harfiah rumus gaya gesek terjadi ketika suatu benda bergerak. Contohnya dapat dilihat ketika roda mobil dan sepeda motor melaju di jalan raya. Beberapa berpendapat bahwa rumus gaya gesek kinetis akan selalu kurang dari rumus gaya gesek statis.

Seperti yang dijelaskan dalam sebuah artikel di Zenius.com, energi kinetik gesekan bekerja pada benda yang bergerak. Gaya gesekan ketika permukaan yang saling bergesekan tentu saja sangat berlawanan dengan gaya gesekan statis.

Rumus gaya gesek adalah gaya yang diberikan ketika suatu benda bergerak. Ketika sebuah benda diam sampai akan bergerak, gaya yang bekerja padanya adalah rumus gaya gesek kinetis. Kemudian ketika benda mulai bergerak, gaya yang bekerja padanya adalah gaya rumus statis.

Tanpa rumus gaya gesek kinetis, suatu benda yang menerima gaya akan tetap bergerak dan tidak berhenti karena tidak ada gaya gesekan yang memperlambat benda, seperti halnya di luar angkasa.

Rumus gaya gesek kinetis dapat bekerja ketika permukaan kontak saling bergeser atau berbenturan. Berlawanan dengan gaya gesek statis, gaya gesek kinetis ini bekerja kepada benda yang sedang bergerak.

Berikut merupakan rumus gaya gesek kinetis:

fk = μk x N

Keterangan:

fk : besar gaya gesek kinetis

(N) μk : koefisien gesek kinetis (N)

N : gaya normal (N)

Jika melihat rumus gaya gesek kinetis di atas, nilai rumus gaya gesek ini adalah hasil kali rumus gaya gesek kinetis dengan gaya normal suatu benda. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, rumus gaya gesek  selalu lebih rendah daripada rumus gaya gesek statis untuk bahan yang sama.

2. Rumus Gaya Gesek Statis

Rumus gaya statis bekerja pada benda yang diam. Karena bekerja pada benda yang diam, besar rumus gaya gesekan statis adalah hasil kali koefisien gesekan statis dengan gaya normal benda.

Koefisien gesek merupakan besaran yang bergantung pada kekasaran kedua permukaan yang bersentuhan, pada umumnya koefisien gesek statik akan lebih besar daripada gesek kinetis. Rumus untuk gaya gesek ini dapat dinyatakan sebagai berikut:

Rumus gaya gesek statis bekerja ketika permukaan yang bersentuhan tidak meluncur melewati satu sama lain. Artinya, gaya gesek ini bekerja pada suatu benda yang menerima gaya luar (F) seperti dorongan atau tarikan pada suatu benda yang awalnya diam sampai bergerak. Berikut adalah rumus untuk rumus gaya gesek statis:

fs = μs x N

Keterangan:

fs : merupakan besar gaya gesek statis (N)

μs : koefisien gesek statis (N)

N : gaya normal (N)

Perbedaan Rumus Gaya Gesek Kinetis dan Rumus Gaya Gesek Statis

Rumus gaya gesek statis adalah gesekan yang terjadi antara dua benda padat yang tidak bergerak relatif satu sama lain. Rumus gaya gesek statis terjadi ketika sebuah benda meluncur menuruni bidang miring.

Rumus gaya gesek kinetis atau gesekan kinetis terjadi ketika dua benda bergerak relatif satu sama lain dan saling bergesekan. Koefisien gesekan kinetis biasanya dilambangkan dengan μk dan biasanya selalu lebih kecil dari gaya gesekan statis pada bahan yang sama.

Rumus Gaya Gesek 

Dalam buku Gerak dan Gaya (2019) yang ditulis oleh Bayu Sapta Hari, Rumus gaya gesek dibagi menjadi rumus gaya gesek statis dan kinetis. Besarnya dapat dinyatakan dengan rumus gaya gesekan sebagai berikut:

fs ≤ μs

N fk = μs N

Selain uraian di atas berikut rincian tentang rumus gaya gesek statis dan dinamis: Gaya gesek statis:

fs = μs x N

Gaya gesek kinetis: fk = μk x N

Setelah dapat  mengetahui rumus, koefisien gesek statis dan kinetis, eo juga dapat diketahui apakah suatu benda diam atau bergerak. Caranya adalah dengan membandingkan besar gaya gesek statis benda tersebut dengan gaya luar (F).

• Jika gaya luar lebih kecil dari gaya gesek statis (F < fs), artinya benda tersebut diam. 

• Jika gaya luar sama dengan gaya gesek statis (F  = fs) artinya benda tersebut tepat akan bergerak.

• Jika gaya luar lebih besar dari gaya gesek statis (F > fs) maka benda tersebut bergerak

Contoh Soal Rumus Gaya Gesek

Setelah memahami rumus gaya gesek, pembahasan selanjutnya biasanya adalah praktik penyelesaian soal yang melibatkan rumus gaya gesek.Mengutip Zenius.com dan sumber lainnya, berikut beberapa contoh rumus gaya gesek:

Contoh 1 Rumus Gaya Gesek

Pada sebuah bidang kasar diletakkan suatu meja dengan massa 5 kg. Jika diketahui gesek statis μs = 0,6 dan koefisien gesek kinetis μk = 0,4 maka berapa gaya gesek yang dialami balok jika balok tersebut ditarik dengan gaya sebesar 20 N?

Pembahasan:

Diketahui:

m = 5 kg

μs = 0,6

μk = 0,4

F = 20 N

Ditanya: f

Jawab:

Pertama kita harus mencari besar gaya normal (N):

ΣFY = 0

N – w = 0

N = w

N = mg

N = (5 )(10)

N = 50 N

Mencari gaya gesek statis:

fs = μs x N

fs = 0,6 x 50

fs = 30 N

Karena F < fs maka balok tersebut masih dalam keadaan diam. Berlaku Hukum I Newton  yaitu:

ΣF = 0

F – f = 0

F = f

f = 20 N

Jadi, gaya gesek yang bekerja pada balok adalah 20 N.

Contoh 2 Rumus Gaya Gesek

Terdapat sebuah balok bermassa 20 kg terletak di atas lantai kasar. Diketahui bahwa μs = 0,6 dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik dengan gaya sebesar 160 N  secara mendatar. Tentukan gaya gesek yang dialami balok!

Pembahasan:

Diketahui:

m = 20 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

F = 160 N

Ditanya: f?

Jawab:

Besar gaya normal (N):

ΣFY = 0 N – w = 0

N = w

N = mg

N = (20)(10)

N = 200 N

Mencari gaya gesek statis:

fs = μs x

N fs = 0,6 x 200 fs = 120 N

Karena F > fs maka balok tersebut bergerak. Maka gaya gesek kinetis nya:

fk = μk x N

fk = (0,3)(200) fk = 60 N

Gaya gesek yang bekerja pada balok tersebut adalah 60 N.

Contoh 3 Rumus Gaya Gesek

Suatu benda bermassa 50 kg berada pada bidang datar. Pada benda, gaya yang bekerja 200 N mendatar. Berapa percepatan pada benda itu kalau bidang itu licin dan bidang kasar dengan koefisien gesek = 0,3 (g = 10 m/s2)?

Cara mengerjakannya:

Diketahui:

m = 50 kg

μ = 0,3

F = 200 N g = 10 m/s2

Ditanya: percepatan benda jika bidang licin dan percepatan benda jika bidang kasar (μ = 0,3).

Jawab: Bidang licin

F = m.a maka a = F/m = 200/50 = 4 m/s

Jadi, percepatan jika bidang licin = 4 m/s2.

Bidang kasar (μ = 0,3)

N = w = mg = 50 x 10 = 500 N F gesek = μ

N = 0,3 x 500 = 150 N F total = F – F Gesek = 200 – 150 = 50 N a = Total/m = 50/50 = 1 m/s

Jadi, percepatan jika bidang kasar = 1 m/s2.

Manfaat Penerapan Rumus Gaya Gesek

Dari Dunia IPA, rumus gaya gesek dapat memiliki kelebihan dan kekurangan dalam kehidupan sehari-hari. Keuntungan dari penerapan rumus gaya gesek yang kita peroleh misalnya menghasilkan panas, erosi dan drag.

Sedangkan kerugian dapat merusak komponen mesin dan membuang energi. Selain itu, berikut ini manfaat penerapan rumus gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari: Gesekan dapat menimbulkan korosi pada benda, misalnya rumus gaya gesek yang diberikan amplas pada kayu membuat kayu menjadi halus.

Rumus gaya gesek mencegah benda meluncur, misalnya gesekan antara sol sepatu dan tanah mencegah seseorang meluncur. Jika tidak ada gesekan, dia tidak bisa berjalan karena lantainya licin. Gesekan menghasilkan panas, misalnya gesekan dapat menghangatkan tubuh ketika seseorang menggosok tangannya.

Rumus Gaya Gesek pada Bidang Datar

1. Benda diam atau benda tepat akan bergerak

Rumus :

ΣF = 0

F – fs = 0

Keterangan :

Jika F < fs  , artinya benda diam

Jika F  = fs  , artinya benda tepat akan bergerak

Jika F > fs  , artinya benda bergerak

keterangan :

F = gaya luar yaitu gaya tarik atau gaya dorong ( N )

fs = Gaya gesek statis ( N )

fk = Gaya gesek kinetic ( N )

μs = koefisien gesek statis ( N )

μk = koefisien gesek kinetik ( N )

w = berat benda ( N )

N = gaya normal ( N )

2. Benda bergerak

Rumus :

ΣF = ma

F – fk = ma

 keterangan :

a = percepatan benda ( m/s2 )

Contoh Soal Rumus Gaya Gesek pada Bidang Datar

Gambar di atas menunjukkan sebuah benda bermassa m terletak di atas meja datar. Benda tersebut di tarik dengan gaya F ke kanan. Jika massa benda 2 kg dan koefisien gesek statis dan kinetis masing-masing adalah 0,6 dan 0,4 maka tentukanlah!

Gaya gesek statis maksimum antara permukaan benda dengan meja.

Besar gaya gesek yang bekerja pada benda jika di berikan gaya tarik 1 N, 2 N, 3N, … 12 N. Apakah benda bergerak?

Gaya gesek yang bekerja pada benda ketika bekerja gaya 13 N. Apakah benda sudah bergerak? jika bergerak berapa percepatannya?

Penyelesaian:

Langkah pertama untuk menyelesaikan soal model seperti ini adalah, gambarkan dulu gaya-gaya yang bekerja pada benda. Penggambaran gaya-gaya ini biasanya di sebut penggambaran diagram bebas gaya.

Diagram bebas gaya gaya yang bekerja pada benda sebagai berikut,

Perhatikan gambar di atas! Gaya tarik F bekerja ke arah kanan (sumbu x positif) maka kemungkinan gerak benda hanya bergerak ke kanan. Olehnya itu, benda tidak mungkin bergerak ke atas (arah sumbu y).

Sehingga pada arah sumbu y, berlaku hukum pertama newton yaitu:

N – W = 0 atau N = W

Karena rumusan gaya gesek adalah,

f = µ x N

Maka untuk benda tepat akan bergerak (gaya gesekan maksimum) dapat di tuliskan dalam bentuk,

fs = µs x W

Sementara untuk benda dalam keadaan bergerak berlaku, gaya gesekan yang bekerja adalah,

fk = µk x W

Nah, dari situ mari kita selesaikan soalan di atas.

Contoh Rumus Gaya Gesek Statis

1. Besar gaya gesek statis maksimum antara permukaan benda dengan meja.

Untuk menentukan besar gaya gesekan statis maksimum, kita bisa pakai persamaan

fs = µs x W =µs x m x g

Karna m = 2 kg, µs= 0,6 dan kita gunakan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2 maka akan kita peroleh,

fs = µs x m x g

fs = 0,6 x 2 x 10 = 12 N

Dari hasil ini kita peroleh gaya gesek statis maksimum sebesar 12 N. Hal ini berarti untuk menggerakkan benda di butukan gaya tarik lebih besar dari 12 N.

Sampai di sini pahamkan maksud dari gaya gesekan statis maksimum.

Dari pembahasan contoh soal ini bisa kita simpulkan bahwa,

1. Ketika benda sedam diam besar gaya gesekan yang muncul sama besarnya dengan gaya tarik atau f = F dengan kriteria F ≤ f.
2. Gaya gesekan statis maksimum f_s bekerja pada saat benda tepat akan bergerak. Sehingga persamaan gaya gesek statis maksimum f_s = µ_s N biasanya di pakai untuk menentukan kriteria benda bergerak atau masih diam.
3. Jika gaya F atau gaya yang bekerja pada benda lebih kecil atau sama dengan gaya gesekan statis maksimum f_s maka benda dalam kedaaan diam. Jika gaya F yang bekerja pada benda lebih besar dari gaya gesekan statis maksimum f_s maka benda akan bergerak.

Penulis: Ziaggi Fadhil Zahran

Baca juga artikel terkait:

Hukum Kekekalan Energi: Pengertian, Rumus, Jenis Energi, dan Manfaatnya Bagi Kehidupan

Hukum Pascal: Pengertian, Rumus, Soal dan Pembahasan, dan Manfaatnya

Pengertian Gaya: Sifat dan Macam-macamnya

Hukum Bernoulli: Pengertian, Persamaan, dan Contoh Soal

Hukum Newton: Pengertian, Bunyi, Rumus, Contoh, Dan Penerapannya