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.
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.
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.
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.
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.
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
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.