Gaya Gesek: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal

Daftar Isi

Gaya gesek (f_g) adalah gaya yang diakibatkan oleh dua benda yang permukaannya saling bersentuhan, dirumuskan f_g = μ . N, di mana (μ) adalah koefisien gesek dan (N) adalah gaya normal. 

 

 

Apa kabar adik-adik? Semoga kalian selalu dalam keadaan sehat. Materi fisika kita kali ini akan membahas tentang salah satu jenis gaya, yaitu gaya gesek.

 

Di sadari atau tidak, gaya gesek atau gesekan merupakan fenomena sehari-hari, kita semua sangat akrab dengan gaya yang satu ini, bahkan bisa dikatakan bahwa setiap saat kita pasti mengalaminya. 

 

Misalnya saja, kita bisa berjalan dan berlari berkat adanya gaya gesek ini. Tanpa gaya gesek, maka aktivitas itu mustahil bisa dilakukan.

 

Lantas, apa sih hakikat dari gaya gesek itu dan apa penyebabnya? Nah, hal inilah yang akan dijelaskan dalam materi ini. 

 

Selain itu, akan dibahas pula rumus-rumus yang berlaku dalam gaya gesek lengkap dengan cara penggunaannya untuk menyelesaikan soal.

 

Baiklah, kita mulai saja materinya...

Daftar Isi

• 1Pengertian Gaya Gesek
• 2Simbol dan Satuan Gaya Gesek
• 3Rumus Gaya Gesek
• 4Jenis-Jenis Gaya Gesek
  • 4.1Gaya Gesek Statis
  • 4.2Gaya Gesek Kinetis
• 5Hal-Hal yang Mempengaruhi Gaya Gesek
• 6Pengaruh Gaya Gesek Terhadap Gerak Benda
• 7Contoh Gaya Gesek
• 8Keuntungan dan Kerugian Gaya Gesek
  • 8.1Keuntungan Gaya Gesek
  • 8.2Kerugian Gaya Gesek
• 9Cara Memperkecil dan Memperbesar Gaya Gesek
  • 9.1Cara Memperkecil Gaya Gesek
  • 9.2Cara Memperbesar Gaya Gesek
• 10Manfaat Gaya Gesek
• 11Contoh Soal Gaya Gesek
• 12Kesimpulan

Pengertian Gaya Gesek

Apa yang dimaksud dengan gaya gesek? Dalam ilmu fisika, gaya gesek adalah gaya yang diakibatkan oleh dua benda yang permukaannya saling bersentuhan.

Jadi, gaya gesek termasuk ke dalam jenis gaya sentuh, yang baru akan bekerja ketika terjadi sentuhan dua permukaan benda, sekaligus merupakan penyebab timbulnya gaya gesek itu sendiri.

Gaya gesek akan selalu berlawanan arah terhadap kecenderungan arah gerak benda. 

Besar kecilnya gaya gesek ditentukan oleh tingkat kekasaran permukaan benda. Semakin kasar permukaan suatu benda, semakin besar nilai gaya geseknya.

Sebaliknya, makin halus permukaan benda makin kecil gaya gesek yang terjadi.

Penting diketahui bahwa gaya gesek bekerja di semua jenis zat, yaitu zat padat, zat cair, dan gas. Gaya gesek pada zat padat lebih besar dari gaya gesek zat cair dan gas.

Gaya gesek pada zat cair disebut juga dengan gaya Stokes.

Simbol dan Satuan Gaya Gesek

Dalam fisika, gaya selalu disimbolkan dengan F atau f. Begitupun dengan gaya gesek, disimbolkan dengan f_g, huruf "g" kecil menjadi tanda bahwa gaya yang dimaksud adalah gaya gesek.

Menurut Sistem Satuan Internasional (SI), gaya gesek dinyatakan dalam satuan Newton (N).

Berdasarkan jenis satuannya, gaya gesek merupakan besaran turunan. Selain itu, gaya gesek juga termasuk ke dalam besaran vektor.

Rumus Gaya Gesek

Gaya gesek adalah perkalian antara koefisien gesek dan gaya normal. Secara matematis, dirumuskan dengan persamaan:

f_g = μ . N

Oleh karena; N = m . g, maka rumus di atas bisa dituliskan lebih lanjut menjadi:

 

f_g = μ . m . g

 

Keterangan:

• f_g = gaya gesek (N)
• μ = koefisien gesekan
• N = gaya normal (N)
• m = massa benda (kg)
• g = percepatan gravitasi (^m/_s²)

Dari persamaan di atas, kita bisa turunkan pula rumus koefisien gesekan, yaitu:

 

μ = ^f_g/_N

 

Catatan: koefisien gesekan adalah besaran yang tidak memiliki satuan.

Jenis-Jenis Gaya Gesek

Gaya gesek terbagi menjadi dua, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Apa maksud dari kedua jenis gaya gesek tersebut? Yuk, mari kita bahas keduanya.

1. Gaya Gesek Statis

Apa yang dimaksud dengan gaya gesek statis? Jadi, gaya gesek statis adalah gaya gesek antara dua benda sebelum keduanya bergerak.

 

Dengan kata lain, gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada saat benda masih diam atau belum bergerak.

 

Sebagai contoh, pernahkah kalian mendorong sebuah lemari yang berada di lantai datar? Pada saat mulai mendorong, lemari kadang-kadang tidak langsung bergerak. Padahal, gaya telah bekerja padanya.

 

Hal ini disebabkan oleh adanya gaya gesek statis yang bekerja antara kaki-kaki lemari dengan lantai. Di sini, gaya gesek statis mengimbangi dorongan yang kita berikan.

 

Oleh karena itulah, gaya gesek statis sering juga diartikan sebagai gaya yang dibutuhkan untuk mempertahankan benda agar tetap diam. 

 

Gaya gesek statis akan berubah menjadi maksimum tepat ketika benda akan bergerak. 

Berdasarkan uraian di atas, maka ciri-ciri gaya gesek statis adalah bekerja pada benda diam sampai pada saat akan bergerak.

1.1. Rumus Gaya Gesek Statis

Besarnya gaya gesek statis bergantung pada koefisien gesek statis dan gaya normal. Secara matematis, dirumuskan dengan persamaan: 

 

f_s = μ_s . N, atau

f_s = μ_s . m . g

 

Keterangan:

• f_s = gaya gesek statis (N)
• μ_s = koefisien gesek statis
• N = gaya normal (N) 
• m = massa benda (kg) 
• g = percepatan gravitasi (^m/_s²)

Sementara itu, koefisien gesek statis dirumuskan: 

 

μ_s = ^f_s/_N

1.2. Gaya Gesek Statis pada Bidang Miring

Sekarang, kita akan gunakan rumus di atas untuk menganalisis gaya gesek statis pada bidang miring.

 

Misalnya, balok di atas ditempatkan pada bidang miring, seperti yang tampak pada gambar di bawah ini:

Rumus gaya gesek statis pada bidang miring dituliskan dengan persamaan matematis:

 

f_s = μ_s . m . g cos α 

Dari gambar di atas, terlihat bahwa jika m.g sin α ≤ f_s, maka benda akan tetap diam atau tidak meluncur ke bawah.

1.3. Contoh Gaya Gesek Statis 

Berikut ini adalah beberapa contoh gaya gesek statis: 

• Gaya gesek antara lemari yang didorong tetapi belum bergerak dengan lantai.
• Gaya gesek antara ban mobil yang didorong tetapi belum bergerak dengan aspal.
• Gaya gesek antara benda dan bidang miring sehingga tidak meluncur ke bawah.

2. Gaya Gesek Kinetis (Dinamis)

Apa yang dimaksud dengan gaya gesek kinetis? Dalam ilmu fisika, gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja setelah benda bergerak, disebut juga gaya gesek dinamis.

Gaya gesek kinetis merupakan peralihan dari gaya gesek statis. Pada saat gaya gesek statis sudah tidak mampu lagi menahan benda untuk tetap diam, maka ia akan berubah menjadi gaya gesek kinetis.

Kita pakai kembali ilustrasi lemari di atas. Awalnya, lemari tetap dalam keadaan diam meskipun dorongan telah diberikan karena adanya gaya gesek statis yang mengimbangi dorongan tersebut.

 

Namun, ketika dorongan diperbesar, gaya gesek statis juga akan membesar dan mencapai puncaknya tepat pada saat benda akan bergerak.

 

Setelah lemari mulai bergeser, maka gaya gesek statis langsung menghilang, selanjutnya beralih ke gaya gesek kinetis.

 

Nilai gaya gesek kinetis selalu lebih kecil dari gaya gesek statis. 

Berdasarkan uraian di atas, maka ciri-ciri gaya gesek kinetis adalah bekerja pada benda tepat setelah bergerak.

2.1. Rumus Gaya Gesek Kinetis 

 

Besarnya gaya gesek kinetis bergantung pada koefisien gesek kinetis dan gaya normal. Secara matematis, dirumuskan dengan persamaan: 

 

f_k = μ_k . N, atau

f_k = μ_k . m . g

 

Keterangan:

• f_k = gaya gesek kinetis (N)
• μ_k = koefisien gesek kinetis
• N = gaya normal (N) 
• m = massa benda (kg) 
• g = percepatan gravitasi (^m/_s²)

Sementara itu, koefisien gesek kinetis dirumuskan: 

 

μ_k = ^f_k/_N

2.2. Gaya Gesek Kinetis pada Bidang Miring

Pada kasus benda pada bidang miring, jika m.g sin α > f_s atau melampaui gaya gesek statis, maka benda akan bergerak dan meluncur ke bawah.

 

Ketika kondisi itu terjadi, maka gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis. Perhatikan gambar berikut ini!

 

Rumus gaya gesek kinetis pada bidang miring dituliskan dengan persamaan matematis: 

f_k = μ_k . m . g cos α

 

Sementara itu, percepatan benda pada saat meluncur ke bawah dapat dicari dengan menurunkan persamaan Hukum 2 Newton:

 

ΣF = m . a

m.g sin α - f_k = m . a

m.g sin α - μ_k . m . g cos α = m . a  

a = (sin α - μ_k cos α) g

Keterangan:

• a = percepatan benda pada bidang miring (^m/_s²)

2.3. Contoh Gaya Gesek Kinetis

Berikut ini adalah beberapa contoh gaya gesek kinetis:

• Gaya gesek antara telapak kaki dengan lantai pada saat berjalan.
• Gaya gesek antara ban mobil dan aspal pada saat melaju
• Gaya gesek antara gear mesin pada saat berputar 

Jadi, perbedaan antara gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis terletak pada keadaan benda, apakah diam atau bergerak. 

 

Jika benda diam, maka yang bekerja adalah gaya gesek statis. Namun, jika bergerak artinya yang sedang bekerja adalah gaya gesek kinetis.

Hal-Hal yang Mempengaruhi Gaya Gesek

Gaya gesek dipengaruhi oleh tingkat kekasaran permukaan bidang sentuh dan berat benda. Berikut ini penjelasannya:

1. Kekasaran Permukaan Benda

Jika permukaan suatu benda semakin kasar, maka semakin besar gaya geseknya. Begitupun sebaliknya, semakin halus permukaan suatu benda, maka semakin kecil gaya geseknya.

 

Besaran yang menyatakan tingkat kekasaran permukaan benda disebut koefisien gesek. Nilai koefisien gesek menunjukkan tingkat kekasaran permukaan suatu benda.

 

Jadi, salah satu cara memperkecil gaya gesek adalah memperhalus permukaan benda.

2. Berat Benda

Gaya gesek bertambah seiring dengan pertambahan berat benda. Artinya, semakin berat suatu benda, maka semakin besar gaya geseknya. 

Tekanan pada benda karena adanya gaya berat membuat kontak antara permukaan dua benda semakin rapat. Akibatnya, gaya gesek menjadi semakin besar.

Jadi, cara kedua memperkecil gaya gesek adalah mengurangi berat benda.

Pengaruh Gaya Gesek terhadap Gerak Benda

Sifat dari gaya gesek adalah berlawanan arah terhadap kecenderungan arah gerak benda. Akibatnya, gaya gesek menghambat pergerakan benda. 

 

Misalnya, gaya gesek antara bola yang menggelinding dengan tanah mengakibatkan bola melambat kemudian berhenti. Hal ini disebabkan oleh gesekan antara bola dengan tanah. 

 

Akibat lainnya adalah gaya gesek akan selalu menghasilkan usaha yang negatif karena berlawanan dengan arah gerak atau perpindahan benda.

Selain itu, adanya gaya gesek menyebabkan energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebuah benda semakin besar.

Contoh Gaya Gesek

Berikut ini adalah beberapa contoh gaya gesek pada zat padat, cair, dan gas (udara):

1. Contoh Gaya Gesek Zat Padat

• Gaya gesek antara sepatu dan lantai
  
• Gaya gesek antara bola dan rumput
• Gaya gesek antara ban dan aspal
• Gaya gesek antara gear mesin kendaraan

2. Contoh Gaya Gesek Zat Cair

• Gaya gesek antara perenang dan air kolam
• Gaya gesek antara bagian bawah perahu dan air laut
  
• Gaya gesek pada kelereng yang dijatuhkan ke dalam air

3. Contoh Gaya Gesek Zat Gas (Udara)

• Gaya gesek antara balon dan udara
• Gaya gesek antara sayap burung dan udara
• Gaya gesek antara layar perahu dan udara  

Keuntungan dan Kerugian Gaya Gesek

Gaya gesek bisa mendatangkan keuntungan dan kerugian. Berikut ini akan kita bahas keduanya:

1. Keuntungan Gaya Gesek

• Gaya gesek antara kaki dengan lantai menjadikan orang dapat berjalan.
• Gaya gesek pada rem akan memperlambat laju kendaraan.
• Gaya gesek antara ban dengan permukaan jalan menjadikan kendaraan dapat melaju dan tidak tergelincir.

2. Kerugian Gaya Gesek 

• Gaya gesek antara ban dengan jalan akan mengakibatkan ban cepat halus.
• Gaya gesek antara komponen bagian dalam mesin mengakibatkan mesin cepat rusak.
• Gaya gesek antara roda dan porosnya mengakibatkan putaran roda jadi berat.

Cara Memperkecil dan Memperbesar Gaya Gesek

Untuk tujuan tertentu, terkadang gaya gesek harus diperkecil atau diperbesar. Berikut ini akan dibahas cara memperkecil dan memperbesar gaya gesek:

1. Cara Memperkecil Gaya Gesek

• Memperhalus permukaan benda.
• Menggunakan pelumas.
• Menggunakan bentuk yang ramping dan runcing.

2. Cara Memperbesar Gaya Gesek 

• Memperkasar permukaan benda.
• Melapisi permukaan benda dengan karet.
• Mengubah bentuk benda menjadi seperti lembaran

Manfaat Gaya Gesek

Berikut ini adalah beberapa manfaat gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari:

• Gaya gesek dapat menghasilkan panas, misalnya gesekan antara telapak tangan dengan badan bermanfaat untuk menghangatkan badan.
• Gaya gesek dapat mengikis benda, bermanfaat pada saat mengamplas kayu.
• Gaya gesek dapat mencegah tubuh tidak tergelincir, misalnya gaya gesek antara alas sepatu dengan lantai pada saat berjalan.
  

Contoh Soal Gaya Gesek

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang gaya gesek: 

Contoh Soal 1: Gaya Gesek Statis

Sebuah balok bermassa 2 kg terletak di atas bidang datar kasar. Balok diberi gaya tarik sebesar 4 N mendatar seperti pada gambar. Jika koefisien gesekan statis antara balok dan lantai 0,4, tentukan:

 

a. besar gaya gesek statis maksimum.

b. besar gaya gesek yang memengaruhi benda.

Jawaban:

Diketahui:

• m = 2 kg
• F = 4 N 
• μ_s = 0,4
• g = 10 ^m/_s²

Ditanyakan:

 

a. f_s max......?

b. f_s......?

 

Penyelesaian: 

a. besar gaya gesek statis maksimum (f_s max)

f_s max = μ_s . m . g

           = 0,4 . 2 . 10

           = 8 N

b. besar gaya gesek yang memengaruhi benda (f_s)

 

Gaya luar yang memengaruhi benda hanya F = 4 N. Besar gaya tersebut lebih kecil daripada gaya gesek statis sehingga balok masih tetap diam.

Dalam kasus ini, besarnya gaya gesek sama dengan besarnya gaya luar, f_s = F = 4 N. Jadi, gaya gesek statis yang berfungsi pada benda adalah sebesar 4 N.  

Contoh Soal 2: Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Sebuah balok kayu diletakkan pada sebuah meja. Massa balok 4 kg, percepatan gravitasi 10 ^m/_s², koefisien gesekan antara balok dan meja adalah 0,2 dan 0,4. Tentukan gaya gesek benda jika ditarik dengan gaya 20 N.

Jawaban:

Diketahui:

• m = 4 kg 
• g = 10 ^m/_s²
• μ_s = 0,4
• μ_k = 0,2
• F = 20 N

Ditanyakan:

• Gaya gesek benda...?

Penyelesaian:

 

Pertama, kita cari tahu dulu apakah benda setelah ditarik tetap diam atau bergerak:

 

f_s max = μ_s . m . g

           = 0,4 . 4 . 10

           = 16 N

 

Jadi, besar gaya gesek statis maksimum benda adalah 16 N. Artinya, benda bergerak karena gaya tarik 20 N lebih besar dari gaya gesek statis maksimum yang hanya 16 N.

 

Setelah benda bergerak, maka selanjutnya yang bekerja gaya gesek kinetis:

 

f_k = μ_k . m . g

    = 0,2 . 4 . 10 

    = 8 N

Contoh Soal 3: Koefisien Gesek pada Bidang Miring

Sebuah balok kayu bermassa m bergerak mengikut bidang miring kasar dengan kecepatan konstan. Jika diketahui sudut kemiringan bidang terhadap horisontal adalah 30⁰. Hitunglah koefisien gesek kinetis antara bidang dan balok.

Jawaban:

Diketahui:

• Balok bergerak dengan kecepatan konstan, artinya ΣF = 0.
• α = 30⁰

Ditanyakan:

• μ_k......?

Penyelesaian: 

Gaya yang menyebabkan balok bergerak adalah F = m.g sin α, sehingga:

 

F = f_k

m.g sin α = μ_k m.g cos α

μ_k = ^{m.g sin α}/_{m.g cos α}

μ_k = tan α

     = tan 30⁰

     = 0,58

 

Jadi, besar koefisien gesek kinetis antara bidang dan balok adalah 0,58. 

Contoh Soal: Mencari Besar Sudut

Seorang menarik koper bermassa 15 kg dengan seutas tali sedemikian rupa sehingga koper bergerak dengan kelajuan konstan. Tali membentuk sudut α terhadap bidang horizontal. Jika gaya yang dikerjakan oleh orang tersebut adalah 30 N dan gaya gesek antara koper dengan bidang horizontal 24 N, berapakah nilai α? 

Jawaban:

Diketahui:

• m = 15 kg
• F = 30 N
• f_k = 24 N 
• g = 10 ^m/_s²

Ditanyakan:

• α.....?

Penyelesaian:

 

Kelajuan konstan, artinya:

 

ΣF = 0

F cos α - f_k = 0

F cos α = f_k 

30 cos α = 24

cos α = ²⁴/₃₀

         = 0,8

      α = 37⁰

 

Jadi nilai α adalah 37⁰.

Kesimpulan

Jadi, gaya gesek (f_g) adalah gaya yang diakibatkan oleh dua benda yang permukaannya saling bersentuhan, dirumuskan f_g = μ . N, di mana (μ) adalah koefisien gesek dan (N) adalah gaya normal.

 

Gimana adik-adik, udah paham kan materi gaya gesek di atas? Jangan lupa lagi yah.

 

Sekian dulu materi kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.