Gaya Gesek

Tugas Mandiri Terstruktur

Gaya Gesek

Sebuah balok yang diletakkan di atas meja dan diluncurkan dengan gaya dorong, semakin lama geraknya akan semakin lambat dan akhirnya berhenti. Walaupun sudah ditarik dengan gaya tertentu, balok belum juga bergerak. Dalam hal ini besar gaya yang diberikan belum mencukupi. Akan tetapi, jika gaya yang diberikan cukup besar, balok akan bergerak. Jika arah gaya tarik ke kanan, arah gaya gesekan ke kiri dan sebaliknya. 

Pada permukaan yang lebih licin, balok lebih mudah bergerak. Pada permukaan yang lebih besar, balok lebih sukar bergerak. Hal ini karena gaya gesekan pada permukaan yang lebih licin dari pada gaya gesekan pada permukaan kasar.

Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes.

Gaya gesek dapat merugikan atau bermanfaat. Panas pada poros yang berputar, engsel pintu yang berderit, dan sepatu yang aus adalah contoh kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek. Akan tetapi tanpa gaya gesek manusia tidak dapat berpindah tempat karena gerakan kakinya hanya akan menggelincir di atas lantai. Tanpa adanya gaya gesek antara ban mobil dengan jalan, mobil hanya akan slip dan tidak membuat mobil dapat bergerak. Tanpa adanya gaya gesek juga tidak dapat tercipta parasut.

ASAL GAYA GESEK

Gaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan. Gaya-gaya yang bekerja antara lain adalah gaya elektrostatik pada masing-masing permukaan. Dulu diyakini bahwa permukaan yang halus akan menyebabkan gaya gesek (atau tepatnya koefisien gaya gesek) menjadi lebih kecil nilainya dibandingkan dengan permukaan yang kasar, akan tetapi dewasa ini tidak lagi demikian. Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat membasahinya (efek lotus).

JENIS-JENIS GAYA GESEK

Terdapat dua jenis gaya gesek antara dua buah benda yang padat saling bergerak lurus, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis, yang dibedakan antara titik-titik sentuh antara kedua permukaan yang tetap atau saling berganti (menggeser). Untuk benda yang dapat menggelinding, terdapat pula jenis gaya gesek lain yang disebut gaya gesek menggelinding (rolling friction). Untuk benda yang berputar tegak lurus pada permukaan atau ber-spin, terdapat pula gaya gesek spin (spin friction). Gaya gesek antara benda padat dan fluida disebut sebagai gaya Stokes atau gaya viskos (viscous force).

Gesekan biasanya terjadi di antara dua permukaan benda yang bersentuhan, baik terhadap udara, air atau benda padat. Ketika sebuah benda bergerak di udara, permukaan benda tersebut akan bersentuhan dengan udara sehingga terjadi gesekan antara benda tersebut dengan udara. Demikian juga ketika bergerak di dalam air. Gaya gesekan juga selalu terjadi antara permukaan benda padat yang bersentuhan, sekalipun benda tersebut sangat licin. Permukaan benda yang sangat licin pun sebenarnya sangat kasar dalam skala mikroskopis. Ketika kita mencoba menggerakan sebuah benda, tonjolan-tonjolan miskroskopis ini mengganggu gerak tersebut. Sebagai tambahan, pada tingkat atom (ingat bahwa semua materi tersusun dari atom-atom), sebuah tonjolan pada permukaan menyebabkan atom-atom sangat dekat dengan permukaan lainnya, sehingga gaya-gaya listrik di antara atom dapat membentuk ikatan kimia, sebagai penyatu kecil di antara dua permukaan benda yang bergerak. Ketika sebuah benda bergerak, misalnya ketika kita mendorong sebuah buku pada permukaan meja, gerakan buku tersebut mengalami hambatan dan akhirnya berhenti, karena terjadi gesekan antara permukaan bawah buku dengan permukaan meja serta gesekan antara permukaan buku dengan udara, di mana dalam skala miskropis, hal ini terjadi akibat pembentukan dan pelepasan ikatan tersebut.

Jika permukaan suatu benda bergeseran dengan permukaan benda lain, masing-masing benda tersebut melakukan gaya gesekan antara satu dengan yang lain. Gaya gesekan pada benda yang bergerak selalu berlawanan arah dengan arah gerakan benda tersebut. Selain menghambat gerak benda, gesekan dapat menimbulkan aus dan kerusakan. Hal ini dapat kita amati pada mesin kendaraan. Misalnya ketika kita memberikan minyak pelumas pada mesin sepeda motor, sebenarnya kita ingin mengurangi gaya gesekan yang terjadi di dalam mesin. Jika tidak diberi minyak pelumas maka mesin kendaraan kita cepat rusak. Contoh ini merupakan salah satu kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek.

Kita dapat berjalan karena terdapat gaya gesek antara permukaan sandal atau sepatu dengan permukaan tanah. Jika anda tidak biasa menggunakan alas kaki gaya gesek tersebut bekerja antara permukaan bawah kaki dengan permukaan tanah atau lantai. Alas sepatu atau sandal biasanya kasar / bergerigi alias tidak licin. Para pembuat sepatu dan sandal membuatnya demikian karena mereka sudah mengetahui konsep gaya gesekan. Demikian juga alas sepatu bola yang dipakai oleh pemain sepak bola, yang terdiri dari tonjolan-tonjolan kecil. Apabila alas sepatu atau sandal sangat licin, maka anda akan terpeleset ketika berjalan di atas lantai yang licin atau gaya gesek yang bekerja sangat kecil sehingga akan mempersulit gerakan anda. Ini merupakan contoh gaya gesek yang menguntungkan.

Ketika sebuah benda berguling di atas suatu permukaan (misalnya roda kendaraan yang berputar atau bola yang berguling di tanah), gaya gesekan tetap ada walaupun lebih kecil dibandingkan dengan ketika benda tersebut meluncur di atas permukaan benda lain. Gaya gesekan yang bekerja pada benda yang berguling di atas permukaan benda lainnya dikenal dengan gaya gesekan rotasi. Sedangkan gaya gesekan yang bekerja pada permukaan benda yang meluncur di atas permukaan benda lain (misalnya buku yang didorong di atas permukaan meja) disebut sebagai gaya gesekan translasi. Pada kesempatan ini kita hanya membahas gaya gesekan translasi, yaitu gaya gesekan yang bekerja pada benda padat yang meluncur di atas benda padat lainnya.

GAYA GESEKAN STATIK DAN KINETIK

Lakukanlah percobaan berikut ini untuk menambah pemahaman anda. Letakanlah sebuah balok pada permukaan meja. Ikatlah sebuah neraca pegas (alat untuk mengukur besar gaya) pada sisi depan balok tersebut. Sekarang, tarik pegas perlahan-lahan sambil mengamati perubahan skala pada neraca pegas. Tampak bahwa balok tidak bergerak jika diberikan gaya yang kecil. Balok belum bergerak karena gaya tarik yang kita berikan pada balok diimbangi oleh gaya gesekan antara alas balok dengan permukaan meja. Ketika balok belum bergerak, besarnya gaya gesekan sama dengan gaya tarik yang kita berikan. Jika tarikan kita semakin kuat, terlihat bahwa pada suatu harga tertentu balok mulai bergerak. Pada saat balok mulai bergerak, gaya yang sama menghasilkan gaya dipercepat. Dengan memperkecil kembali gaya tarik tersebut, kita dapat menjaga agar balok bergerak dengan laju tetap; tanpa percepatan. Kita juga bisa mempercepat gerak balok tersebut dengan menambah gaya tarik.

Gaya gesekan yang bekerja pada dua permukaan benda yang bersentuhan, ketika benda tersebut belum bergerak disebut gaya gesek statik (lambangnya f_s). Gaya gesek statis yang maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan antara dua permukaan biasanya berkurang sehingga diperlukan gaya yang lebih kecil agar benda bergerak dengan laju tetap. Ketika benda telah bergerak, gaya gesekan masih bekerja pada permukaan benda yang bersentuhan tersebut. Gaya gesekan yang bekerja ketika benda bergerak disebut gaya gesekan kinetik (lambangnya f_k) (kinetik berasal dari bahasa yunani yang berarti “bergerak”). Ketika sebuah benda bergerak pada permukaan benda lain, gaya gesekan bekerja berlawanan arah terhadap kecepatan benda. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada permukaan benda yang kering tanpa pelumas, besar gaya gesekan sebanding dengan Gaya Normal.

GAYA GESEK DI DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

1.      Letakkan telapak tangan Anda di atas meja, lalu gerakkan dengan telapak tangan tetap menyentuh alas meja, atau menggesek. Anda akan merasakan gaya yang berlawanan dengan arah gerakan tangan Anda yang disebut dengan gesekan.

2.      Gesekan terjadi ketika sebuah tuas rem ditekan sehingga bantalan rem membuat gerakan roda melambat, ketika sebuah kapal boat melaju di atas air, dan ketika penerjun bebas jatuh di angkasa.

3.      Jika tidak terdapat gesekan, maka kapan saja Anda berjalan, maka Anda akan terpeleset seperti ketika Anda berjalan di atas es.

4.      Tanpa gesekan, roda mobil tidak akan dapat berputar dan mobil pun tidak dapat bergerak.

5.      Anda juga tidak dapat menghapus tulisan Anda yang salah ketika Anda menulis dengan pensil.

APLIKASI GAYA GESEK DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Gaya gesekan dapat diperbesar ataupun diperkecil disesuaikan dengan tujuannya. Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai berbagai cara yang dilakukan untuk memperkecil atau memperbesar gaya gesekan, di antaranya adalah sebagai berikut:

1.      Pemberian pelumas atau oli pada roda atau rantai sepeda agar gesekannya dapat diperkecil.

2.      Penggunaan kayu yang berbentuk bulat untuk mendorong benda agar lebih mudah. Apabila kita mendorong meja atau lemari yang cukup berat maka digunakan gelondongan kayu agar gaya gesekan yang terjadi dapat diperkecil.

3.      Penggunaan pul pada sepatu pemain bola. Hal ini bertujuan agar gaya gesekan dapat diperbesar sehingga pemain bola tidak tergelincir pada saat berlari dan menendang bola.

4.      Membuat alur-alur pada ban mobil atau motor. Untuk menghindari permukaan licin pada jalan yang dilewatinya, pada ban motor dan mobil terdapat alur-alur. Alur-alur ini bertujuan untuk memperbesar gaya gesekan antara ban dan permukaan jalan.

KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN ADANYA GAYA GESEK DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Gaya gesekan yang sedang kita bahas memiliki keuntungan dan kerugian. Keuntungan dan kerugian ini dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari.

1.      Keuntungan Gaya Gesekan Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Beberapa keuntungan gaya gesekan yang dapat kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut.

a)      Membantu benda bergerak tanpa tergelincir

Kita dapat berjalan di atas lantai karena adanya gaya gesekan antara sepatu dengan lantai yang meyebabkan kita tidak tergelincir saat berjalan. Selain itu, permukaan aspal jalan raya dibuat agak kasar. Hal ini bertujuan agar mobil tidak slip ketika bergerak di atasnya. Adanya gesekan antara ban dan aspal menyebabkan mobil dapat bergerak tanpa tergelincir.

b)      Menghentikan benda yang sedang bergerak

Apa yang akan terjadi apabila sepeda yang kamu naiki tidak memiliki rem? Rem pada sepeda digunakan agar sepeda yang kita naiki dapat berhenti ketika sedang bergerak. Gesekan antara karet rem dengan peleg membuat laju sepeda akan semakin lambat ketika di rem.

c)      Gesekan antara roda kendaraan bermotor dengan jalan.

Dengan adanya gesekan, kecepatan mobil dapat dipercepat maupun diperlambat, sehingga mobil dapat bergerak maupun berhenti.

d)     Orang dapat berjalan karena adanya gesekan antara telapak kaki dengan permukaan jalan.

e)      Gesekan pada parasut dengan udara yang dapat memperlambat gerak jatuh.

f)       Memperbesar gesekan antara permukaan ban dengan permukaan jalan.

Permukaan ban dibuat kasar agar dapat memperbesar gesekan antara permukaan ban dengan permukaan jalan. Dengan cara itu mobil dapat melaju dengan cepat.

g)       Jalan raya dibuat permukaannya kasar agar terjadi gaya gesekan antara ban mobil dan permukaan jalan raya sehingga mobil dapat bergerak atau tidak mudah tergelincir.

h)      Sepatu olah raga telapaknya dibuat kasar agar pemain olah raga tidak mudah terpeleset

2.      Kerugian Gaya Gesekan Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Selain memiliki manfaat, gaya gesekan juga memiliki kerugian. Berikut beberapa kerugian yang ditimbulkan oleh gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.

a)      Menghambat gerakan

Gaya gesekan menyebabkan benda yang begerak akan terhambat gerakannya. Adanya gesekan antara ban sepeda dengan aspal membuat kita harus mengayuh sepeda dengan tenaga yang lebih besar. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan menghambat gerakan suatu benda.

b)      Menyebabkan aus

Ban sepeda kita menjadi gundul atau sepatu yang kita pakai untuk sekolah bagian bawahnya menjadi tipis diakibatkan oleh gesekan antara ban atau sepatu dengan aspal. Jadi, gesekan menyebabkan benda-benda menjadi aus.

c)      Adanya jalan tidak rata atau tidak beraspal mengakibatkan gerak atau laju kendaraan menjadi lambat

d)     Gesekan antara roda dengan porosnya, untuk mengurangi adanya gesekan ini dipergunakan bola baja (gotri)

e)      Gaya gesekan pada mesin mobil dapat menimbulkan panas sehingga mobil perlu diberi minyak pelumas.

f)       Gaya gesekan antara udara dan mobil, pesawat terbang, atau kereta api mengakibatkan kendaraan-kendaraan itu tidak dapat melaju dengan kecepatan penuh.

www.google.com