website statistics Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek

Sebelum membahas tentang bagaimana hubungan gaya berat (berat), gaya normal, dan gaya gesek, terlebih dahulu kamu harus paham terlebih dahulu apa itu berat, gaya normal dan gaya gesek. Perlu diketahui bahwa gaya normal dan gaya gesek merupakan proyeksi gaya kontak. Setiap ada dua benda yang bersentuhan akan timbul gaya yang di namakan gaya sentuh atau gaya kontak. Gaya kontak ini dapat di proyeksikan menjadi dua komponen yang saling tegak lurus. Proyeksi gaya kontak yang tegak lurus bidang sentuh dinamakan gaya normal. Sedangkan proyeksi gaya kontak yang sejajar bidang sentuh di namakan gaya gesek.


1. Berat

Pada postingan sebelumnya Mafia Online sudah membahas tentang cara menentukan gaya berat. Di mana berat suatu benda didefinisikan sebagai hasil kali massa m dengan percepatan gravitasi g, yang dapat dirumuskan dengan persamaan:

 

w = m.g

 

dengan:

w = berat benda

m = massa benda

g = percepatan gravitasi

 

Besarnya percepatan gravitasi di permukaan bumi yakni sebesar 9,8 m/s2. Jika di dalam soal tidak disebutkan besarnya percepatan gravitasi dipermukaan bumi bisa menggunakan pendekatan g = 10 m/s2.

 

Berat benda selalu mengarah ke pusat bumi, sehingga dalam menganalisa atau menyelesaikan permasalahan fisika yang berkaitan dengan gaya berat diberi tanda arah panah ke bawah, seperti gambar di bawah ini.

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek 

Berat benda tidak berpengaruh terhadap kemiringan bidang kontak, sehingga arahnya selalu mengarah ke pusat bumi. Untuk memantapkan pemahaman kamu tentang berat benda, silahkan simak contoh soal di bawah ini.

 

Contoh Soal 1

Sebuah buku yang bermassa 1 kg diletakan di atas meja. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s2, tentukan berat buku tersebut!

 

Penyelesaian:

m = 1 kg

g = 9,8 m/s2

 

w = m.g

w = (1 kg)(9,8 m/s2)

w = 9,8 N

Jadi berat buku adalah 9,8 N

 

Contoh Soal 2

Sebuah benda yang massanya 10 kg diletakan pada bidang miring dengan kemiringan 30°. Jika percepatan gravitas bumi 9,8 m/s2, tentukan besar berat benda tersebut!


Penyelesaian:

Gaya berat atau berat benda tidak tergantung pada kemiringan benda, maka berat benda dapat dihitung, yakni:

w = m.g

w = (10 kg)(9,8 m/s2)

w = 98 N

Jadi berat benda adalah 98 N

 

2. Gaya Normal

Gaya normal merupakan termasuk proyeksi gaya kontak. Gaya ini terjadi jika ada kontak dua benda yang arahnya tegak lurus dengan bidang kontak, sehingga besar gaya normal ini sangat tergantung pada keadaan benda yang saling kontak tersebut. Misalnya balok berada di atas meja atau lantai, penghapus ditekankan pada papan saat menghapus, benda yang diletakan pada bidang miring. Perhatikan gaya kontak pada gambar di bawah ini.

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek

 

Untuk menentukan gaya kontak dapat menggunakan hukum I dan II Newton. Untuk memantapkan pemahaman kamu tentang gaya kontak silahkan simak contoh soal di bawah ini.

 

Contoh Soal 3

Sebuah kubus bermassa 10 kg diletakan di atas bidang datar. Jika g = 9,8 m/s2, tentukan gaya normal kubus tersebut!

 

Peyelesaian:

m = 10 kg

g = 9,8 m/s2

 

Perhatikan balok di atas bidang mendatar seperti pada di bawah ini.

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek 

Balok tidak bergerak berarti berlaku hukum I Newton:

Σ Fy = 0

N − w = 0

N = w

N = m.g

N = (10 kg)(9,8 m/s2)

N = 98 N

 

Contoh Soal 4

Sebuah balok bermassa 10 kg diam di atas bidang miring yang membentuk sudut 60° terhadap horisontal. Jika g = 9,8 m/s2 maka tentukan gaya normal yang bekerja pada balok!

 

Penyelesaian:

m = 10 kg

g = 9,8 m/s2

α = 60°

 

Perhatikan balok diam di bidang miring berikut ini.

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek                              

Gaya-gaya pada balok dapat di lihat pada gambar tersebut. Balok dalam keadaan diam pada arah tegak lurus bidang berarti berlaku hukum I Newton, maka:

Σ F = 0

N − w cos α = 0

N = w cos α

N = m.g.cos α

N = (10 kg)(9,8 m/s2)(cos 60°)

N = 49 N

 

3. Gaya Gesek

Pada postingan sebelumnya, Mafia Online sudah pernah membahas tentang gaya gesek atau gaya gesekan. Pada saat kamu meluncurkan sebuah buku di atas meja, makin lama buku tersebut makin melambat dan akhirnya berhenti. Hal ini bisa terjadi karena ada gaya gesek yang bekerja antara buku dan permukaan meja tersebut. Gaya gesek didefinisikan sebagai gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Gaya gesek merupakan proyeksi gaya kontak yang sejajar bidang sentuh.

Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek

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

 

Gaya gesek ini terjadi pada keadaan diam berarti besarnya akan memenuhi hukum I Newton. Jika benda ditarik gaya sebesar F, karena tetap diam berarti fs = F agar ΣF =  0. Gaya gesek statis ini memilki nilai maksimum fs max yaitu gaya gesek yang terjadi pada saat benda tepat akan bergerak. fs max dipengaruhi oleh gaya normal dan kekasaran bidang sentuh (μs). Gaya gesek statis maksimum sebanding dengan gaya normal N dan sebanding dengan koefisien gesek statis μs. Dari kesebandingan ini dapat dirumuskan sebagai berikut.

 

fs max = μS.N

 

dengan:

fS max = gaya gesek statis maksimum (N)

μS = koefisien gesek statis

N = gaya normal (N)

 

Sedangkan gaya gesek kinetik timbul saat benda bergerak. Besar gaya gesek kinetik yaitu sebanding dengan gaya normal N dan sebanding dengan koefisien gesek kinetik μk. Dari hubungan ini dapat dirumuskan seperti berikut.

 

fk = μk.N

 

dengan:

fk = gaya gesek kinetik (N)

μk = koefisien gesek kinetik

N = gaya normal (N)

 

Untuk memantapkan pemahaman kamu tentang gaya gesek, silahkan simak contoh soal di bawah ini.

 

Contoh Soal 5

Sebuah balok bermassa 20 kg berada di atas lantai mendatar kasar dengan μs  = 0,6  dan μk = 0,3. Kemudian balok ditarik gaya sebesar 100 N pada bidang datar. Jika g = 9,8 m/s2, tentukan gaya gesek yang dirasakan balok dan percepatan balok.

 

Penyelesaian:

m = 20 kg

μs  = 0,6

μk = 0,3

g = 9,8 m/s2

 

Balok berada pada bidang datar maka gaya normal N memenuhi:

N = w

N = m g

N = (20 kg)(9,8 m/s2)

N = 196 N

 

Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung terlebih dahulu nilai fs max, maka:

fs max = μS.N

fs max = (0,6)(196 N)

fs max = 117,6 N

 

Gaya tarik lebih kecil dari gaya gesek statis maksimum (F < fs max) berarti balok diam sesuai hukum I Newton : ΣF = 0 maka diperoleh:

fs = F

fs = 100 N

karena benda diam maka tidak ada percepatan atau percepatannya sama dengan nol (a = 0).

 

Contoh Soal 6

Sebuah benda bermassa 25 kg berada di atas lantai mendatar kasar dengan μs  = 0,6  dan μk = 0,3. Kemudian benda tersebut ditarik gaya sebesar 150 N pada bidang datar. Jika g = 9,8 m/s2, tentukan gaya gesek yang dirasakan benda dan percepatan benda.

 

Penyelesaian:

m = 25 kg

μs = 0,6

μk = 0,3

g = 9,8 m/s2

 

Keadaan benda berada pada bidang datar maka gaya normal N memenuhi:

N = w

N = m g

N = (25 kg)(9,8 m/s2)

N = 245 N

 

Pengaruh gaya F dapat diketahui dengan menghitung gaya gesek statis maksimun terlebih dahulu yakni:

fs max = μs . N

fs max = 0,6 . 245

fs max = 147 N

 

Gaya tarik (F) sebesar 150 N, karena gaya tarik lebih besar dari gaya gesek statis maksimum (F > fs max, ini berarti benda bergerak. Maka gaya geseknya adalah gaya gesek kinetik yakni sebesar:

fk = μk . N

fk = 0,3 . 245 N

fk = 37,5 N

 

Percepatan balok dapat ditentukan dengan hukum II Newton sebagai berikut.

ΣF = m.a

F – fk = m . a

150 – 37,5 = 25a

112,5 = 25a

a = 4,5 m/s2

 

Jadi gaya gesek yang dirasakan benda adalah 37,5 N dan percepatan yang dialami oleh benda adalah 4,5 m/s2.

 

Bagaimana? Mudah bukan? Semoga artikel ini bisa membuat kamu lebih mudah memahami hubungan antara berat, gaya normal dan gaya gesek. Jika ada kendala dalam memahami materi ini, silahkan tanyakan di kolom komentar.

 

Referensi: Buku Sekolah Elektronik

TOLONG DIBAGIKAN YA :

0 Response to "Hubungan Berat, Gaya Normal dan Gaya Gesek "

Posting Komentar

Terima kasih sudah membaca blog ini, silahkan tinggalkan komentar dengan sopan dan tidak mengandung unsur SARA atau pornografi serta tidak ada link aktif. Mohon maaf kalau komentarnya dibalas agak lambat. Kolom komentar ini kami moderasi, jadi kalau ada komentar yang tidak sesuai dengan ketentuan tidak akan dipublikasikan.