Perbedaan gaya gesekan kinetik dan gaya gesekan statik

Peran gaya gesek sangat dirasakan oleh para pendaki
agar dapat tetap berpijak dengan kuat.

Gaya gesekan dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gaya gesekan kinetik dan gaya gesekan statik. 

a. Gaya Gesekan Kinetik (f_k )

Ketika sebuah benda bergerak sepanjang permukaan yang kasar, gaya gesekan kinetik bekerja dengan berlawanan arah terhadap kecepatan benda. Besar gaya gesek kinetik bergantung pada jenis kedua permukaan yang bersentuhan. Besar gaya gesekan kinetik dapat ditulis dengan persamaan berikut ini.

f_k  = µ_k N

Keterangan:

f_k =gaya gesekan kinetik (N)

µ_k = koefisien gesekan kinetik

N = gaya normal (N)

Rumus tersebut bukan merupakan hukum yang mendasar, melainkan merupakan hubungan eksperimental besar gaya gesekan (f_k ) yang sejajar dengan kedua permukaan. Besar gaya normal ( N ) bekerja tegak lurus terhadap permukaan. Rumus di atas bukan merupakan persamaan vektor karena kedua gaya tegak lurus satu dengan yang lain. Nilai µ_k bergantung pada jenis kedua permukaan. Nilai-nilai µ_k untuk berbagai permukaan diberikan pada tabel di bawah. Nilai-nilai ini hanya merupakan perkiraan karena koefisien gesekan kinetik (µ_k) masih bergantung pada keadaan permukaan tersebut basah atau kering, sudah digosok (diampelas) atau belum. Akan tetapi, µ_k secara kasar tidak bergantung pada laju peluncur.

Tabel Koefisien Gesek

Permukaan	µs	µk
Kayu pada kayu	0,4	0,2
Es pada es	0,1	0,03
Logam pada logam (dilumasi)	0,15	0,07
Baja dan baja (tidak dilumasi)	0,7	0,8
Karet pada beton kering	0,1	0,8
Karet pada beton basah	0,1	0,5
Karet pada permukaan padat lainnya	1 - 4	1
Teflon pada teflon di udara	0,04	0,04
Teflon pada baja di udara	0,04	0,04
Bantalan peluru yang dilumasi	< 0,01	< 0,01
Persendian tungkai (lengan manusia)	0,01	0,01

Catatan: nilai-nilai ini merupakan pembulatan dan hanya sebagai petunjuk

b. Gaya Gesekan Statik (f_s)

gaya gesekan statik mengacu kepada gaya yang sejajar dengan kedua permukaan dan tetap ada walaupun permukaan-permukaan tersebut tidak meluncur satu sama lain. Misalkan sebuah benda berada dalam keadaan diam di lantai horizontal. Jika tidak ada gaya yang diberikan pada benda maka tidak ada gaya gesekan. Walaupun telah diberi gaya kadang-kadang benda tidak bergerak. Hal itu terjadi karena ada gaya lain pada benda yang menahannya tidak bergerak (gaya total pada benda yang yidak bergerak adalah nol). Inilah gaya gesekan statik yang diberikan oleh lantai pada benda. Jika anda mendorong dengan gaya yang lebih besar dan benda belum dapat bergerak, gaya gesekan statik juga bertambah. Jika anda mendorong cukup kuat dan akhirnya benda akan mulai bergerak, gesekan kinetik mengambil alih. Pada saat ini, gaya yang telah diberikan telah melampaui gaya gesean statik maksimum. Karena gaya gesekan statik dapat bernilai nol sampai maksimum, persamaannya adalah

f_s  ≤ µ_sN

Keterangan:

f_s = gaya gesekan statik (N)

µ_s = koefisien gesekan statik

Pada saat f_s  = µ_sN, dikatakan bahwa f_s  bernilai maksimum. Anda mungkin telah memperhatikan bahwa lebih mudah untuk menjaga agar sebuah benda yang berat tetap bergerak daripada membuatnya mulai bergerak. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa µ_s selalu lebih besar dari pada µ_s.

Meskipun gaya gesekan ada yang bersifat merugikan, tetapi tanpa adanya gaya gesekan, makhluk hidup akan kerepotan. Seseorang tidak akan dapat berjalan tanpa adanya gaya gesekan. Mobil yang sedang melaju tidak akan dapat berhenti tanpa ada gaya gesekan. Ketika anda berjalan di atas lantai yang berminyak sehingga sangat licin. Hal itu akan membuat anda jatuh dan kesulitan saat berdiri.

Dalam hal lain, orang berusaha meredakan gaya gesekan. Banyak sekali peralatan, komponen-komponen peralatan, atau permesinan dibuat selicin mungkin. As roda diberi bantalan bola (laker) dan masih diberi pelumas. Hal itu bertujuan untuk memperkecil bahkan meniadakan gesekan. Demikian juga komponen mesin yang selalu bergerak dan bersinggungan, diusahakan tanpa gesekan dengan cara membuat permukaan yang bersinggungan sehalus mungkin dan diberi pelumas

Contoh

Sebuah kotak 10 kg berada dalam keadaan diam di lantai horizontal. Koefisien gesek statik adalah 0,4 dan koefisien gesek kinetik adalah 0,3. Tentukan gaya gesekan yang bekerja pada kotak jika gaya yang diberikan sebesar

a. 0 N

b. 10 N

c. 20 N

d. 38 N

e. 50 N

Penyelesaian

Untuk mempermudah pengerjaan, gambarlah benda beserta gaya-gaya yang bekerja padanya.

∑F_y = ma_y = 0

N – w = 0

N = w

N = mg

N = 10 x 10 = 100 N

Dengan demikian, gaya normal untuk semua kasus adalah 100 N

a. Untuk F = 0

karena tidak ada gaya yang diberikan, kotak tidak akan bergerak sehingg f = 0

b. Untuk F = 10 N

karena benda dikenai gaya luar, gaya gesekan statik akan melawan sampai maksimum.

f_s  = µ_sN

f_s  = 0,4 x 100 = 40 N

karena f_s  > F maka benda masih diam

Akibatnya, ∑f_x = 0

              F – f_s = 0

                   f_s = F

                   f_s = 10 N

jadi, gaya gesekan statik besarnya sama dengan gaya luar, yaitu 10 N

c. Untuk F = 20 N

seperti halnya pada bagian (b), f_s  > F maka benda masih diam sehingga f_s  = F = 20 N

d. Untuk F = 38 N

Gaya F = 38 N masih belum dapat menggerakkan kotak. Untuk mempertahankan kotak dalam keadaan diam, gaya gesekan statik (f_s) sekarang bertambah menjadi 38 N.

e. untuk F = 50 N

karena gaya yang diberikan melebihi gaya gesekan statik, benda akan mulai bergerak. Dengan demikian, benda sudah tidak mempunyai gesekan statik, tetapi mempunyai gesekan kinetik yang besarnya

f_k  = µ_k N

f_k = 0,3 x 100

f_k = 30 N

sehingga ∑F_x = ma

            F – f_k = ma

         50 -30 = 10a

                 a = 20/10 = 2 m/s²

Akibatnya, benda dipercepat 2 m/s² selama gaya yang diberikan 50 N.
Perbedaan gaya gesekan kinetik dan gaya gesekan statik