GESEKAN: JENIS, KOEFISIEN, PERHITUNGAN, LATIHAN - FISIK - 2025

The gesekan adalah perlawanan terhadap gerakan permukaan berada dalam kontak dengan yang lain. Ini adalah fenomena permukaan yang terjadi antara bahan padat, cair dan gas. Gaya hambatan bersinggungan dengan dua permukaan yang bersentuhan, yang berlawanan dengan arah perpindahan relatif antara permukaan tersebut, disebut juga gaya gesek atau gaya gesek F _r .

Untuk memindahkan benda padat di permukaan, gaya eksternal harus diterapkan yang dapat mengatasi gesekan. Saat benda bergerak, gaya gesekan bekerja pada tubuh, memperlambatnya, dan bahkan bisa menghentikannya.

Gesekan

Gaya gesekan dapat diwakili secara grafis oleh diagram gaya benda yang bersentuhan dengan permukaan. Dalam diagram ini gaya gesek F _r ditarik berlawanan dengan komponen gaya yang diterapkan pada benda yang bersinggungan dengan permukaan.

Permukaan kontak memberikan gaya reaksi pada benda yang disebut gaya normal N. Dalam beberapa kasus, gaya normal hanya disebabkan oleh berat P benda yang bertumpu pada permukaan, dan dalam kasus lain, ini disebabkan gaya yang diterapkan selain gaya gravitasi.

Gesekan terjadi karena ada kekasaran mikroskopis antara permukaan yang bersentuhan. Saat mencoba untuk memindahkan satu permukaan ke permukaan lainnya, gesekan terjadi antara kekasaran yang mencegah gerakan bebas pada antarmuka. Pada gilirannya, kehilangan energi terjadi dalam bentuk panas yang tidak digunakan untuk menggerakkan tubuh.

Jenis gesekan

Ada dua jenis gesekan utama: gesekan Coulomb atau gesekan kering, dan gesekan fluida.

Gesekan -Coulomb

Gesekan coulomb selalu melawan gerak benda dan dibagi lagi menjadi dua jenis gesekan: gesekan statis dan gesekan kinetik (atau dinamis).

Dalam gesekan statis tidak ada gerakan benda di permukaan. Gaya yang diterapkan sangat rendah dan tidak cukup untuk mengatasi gaya gesekan. Gaya gesek memiliki nilai maksimum yang sebanding dengan gaya normal dan disebut gaya gesek statik F _re .

Gaya gesekan statis didefinisikan sebagai gaya maksimum yang menahan awal gerakan benda. Ketika gaya yang diterapkan melebihi gaya gesekan statis, itu tetap pada nilai maksimumnya.

Gesekan kinetik bekerja saat tubuh sudah bergerak. Gaya yang dibutuhkan untuk menjaga benda tetap bergerak dengan gesekan disebut gaya gesekan kinetik F _rc .

Gaya gesek kinetik kurang dari atau sama dengan gaya gesek statis karena begitu benda mulai bergerak, lebih mudah untuk terus bergerak daripada mencoba melakukannya saat diam.

Hukum Gesekan Coulomb

1. Gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal pada permukaan kontak. Konstanta proporsionalitas adalah koefisien gesekan μ yang ada di antara permukaan yang bersentuhan.
2. Gaya gesekan tidak tergantung pada ukuran bidang kontak semu antara permukaan.
3. Gaya gesekan kinetik tidak bergantung pada kecepatan geser benda.

Gesekan -fluida

Gesekan juga terjadi saat benda bergerak bersentuhan dengan bahan cair atau gas. Jenis gesekan ini disebut gesekan fluida dan didefinisikan sebagai hambatan terhadap pergerakan benda yang bersentuhan dengan fluida.

Gesekan fluida juga mengacu pada hambatan fluida untuk mengalir dalam kontak dengan lapisan fluida dari bahan yang sama atau berbeda, dan tergantung pada kecepatan dan viskositas fluida. Viskositas adalah ukuran ketahanan terhadap pergerakan fluida.

-Menyebabkan gesekan

Gesekan stokes adalah jenis gesekan fluida di mana partikel bola yang direndam dalam fluida kental, pada aliran laminar, mengalami gaya gesek yang memperlambat pergerakannya karena fluktuasi molekul fluida.

Menyulut gesekan

Alirannya bersifat laminar ketika gaya kental, yang melawan pergerakan fluida, lebih besar dari gaya inersia dan fluida bergerak dengan kecepatan yang cukup kecil dan dalam jalur bujursangkar.

Koefisien gesekan

Menurut hukum gesekan pertama Coulomb, koefisien gesek μ diperoleh dari hubungan antara gaya gesek dan gaya normal pada permukaan kontak.

Koefisien μ adalah besaran tak berdimensi, karena merupakan hubungan antara dua gaya, yang bergantung pada sifat dan perlakuan bahan yang bersentuhan. Umumnya nilai koefisien gesekan antara 0 dan 1.

Koefisien gesekan statis

Koefisien gesekan statik adalah konstanta proporsionalitas yang ada antara gaya yang mencegah pergerakan benda dalam keadaan diam pada permukaan kontak dan gaya normal ke permukaan.

Koefisien gesekan kinetik

Koefisien gesekan kinetik adalah konstanta proporsionalitas yang ada antara gaya yang membatasi pergerakan benda yang bergerak di atas permukaan dan gaya normal ke permukaan.

Koefisien gesekan statik lebih besar dari pada koefisien gesekan kinetik.

Koefisien gesekan elastis

Koefisien gesekan elastik berasal dari gesekan antara permukaan kontak bahan elastik, lunak atau kasar yang dideformasi oleh gaya yang diterapkan. Gesekan melawan gerakan relatif antara dua permukaan elastis dan perpindahan tersebut disertai dengan deformasi elastis pada lapisan permukaan material.

Koefisien gesekan yang diperoleh pada kondisi ini bergantung pada derajat kekasaran permukaan, sifat fisik material yang bersentuhan, dan besarnya komponen tangensial gaya geser pada antarmuka material.

Koefisien gesekan molekul

Koefisien molekul gesekan diperoleh dari gaya yang membatasi pergerakan partikel yang meluncur di permukaan halus atau melalui fluida.

Bagaimana cara menghitung gesekan?

Gaya gesek pada antarmuka padat dihitung menggunakan persamaan F _r = μN

Mengganti persamaan berat dalam persamaan gaya gesekan menghasilkan:

Karakteristik orang normal

Ketika sebuah benda diam di atas permukaan datar, gaya normalnya adalah yang diberikan oleh permukaan benda tersebut, dan ia melawan gaya akibat gravitasi, menurut hukum aksi dan reaksi Newton.

Gaya normal selalu bekerja tegak lurus dengan permukaan. Pada permukaan miring, penurunan normal saat sudut kemiringan meningkat dan menunjuk ke arah tegak lurus menjauh dari permukaan, sedangkan titik berat mengarah ke bawah secara vertikal. Persamaan gaya normal pada permukaan miring adalah:

θ = sudut kemiringan permukaan kontak.

Gesekan bidang miring

Komponen gaya yang bekerja pada benda untuk menggesernya adalah:

Ketika gaya yang diterapkan meningkat, ia mendekati nilai maksimum gaya gesekan, nilai ini adalah yang sesuai dengan gaya gesekan statis. Ketika F = F _re , gaya gesekan statik adalah:

Dan koefisien gesekan statik diperoleh dengan tangen sudut kemiringan θ.

Latihan terselesaikan

Gaya gesekan suatu benda yang bertumpu pada permukaan horizontal

Kotak 15 kg yang ditempatkan pada permukaan horizontal didorong oleh seseorang yang menerapkan gaya 50 Newton di sepanjang permukaan untuk membuatnya bergerak dan kemudian menerapkan gaya 25 N agar kotak tetap bergerak dengan kecepatan konstan. Tentukan koefisien gesekan statis dan kinetik.

Kotak bergerak di atas permukaan horizontal

Penyelesaian: Dengan nilai gaya yang diterapkan untuk menggerakkan kotak, diperoleh koefisien gesekan statik μ _e .

Gaya normal N ke permukaan sama dengan berat kotak, jadi N = mg

Dalam hal ini, μ _e = 50New / 147New

Gaya yang diterapkan untuk menjaga kecepatan kotak tetap konstan adalah gaya gesekan kinetik yang sama dengan 25 Baru.

Koefisien gesekan kinetik diperoleh dengan persamaan μ _c = F _rc / N

-Gaya gesekan suatu benda di bawah aksi suatu gaya dengan sudut kemiringan

Seorang pria menerapkan gaya ke kotak 20Kg, dengan sudut penerapan 30 ° dalam kaitannya dengan permukaan tempat ia bertumpu. Berapakah besar gaya yang diterapkan untuk menggerakkan kotak jika koefisien gesekan antara kotak dan permukaan adalah 0,5?

Solusi: Diagram benda-bebas menunjukkan gaya yang diterapkan serta komponen vertikal dan horizontal.

Diagram benda bebas

Gaya yang diterapkan membuat sudut 30 ° dengan permukaan horizontal. Komponen gaya vertikal menambah gaya normal yang mempengaruhi gaya gesekan statis. Kotak bergerak ketika komponen horizontal gaya yang diberikan melebihi nilai maksimum gaya gesek F _re . Menyamakan komponen gaya horizontal dengan gaya gesek statis menghasilkan:

kekuatan normal

Gaya normal bukan lagi beban benda karena adanya komponen gaya vertikal.

Menurut hukum kedua Newton, jumlah gaya yang bekerja pada kotak pada sumbu vertikal adalah nol, oleh karena itu komponen percepatan vertikal adalah a _y = 0. Gaya normal diperoleh dari penjumlahan

Dengan mensubstitusikan persamaan tersebut ke dalam persamaan tersebut, diperoleh hasil sebagai berikut:

-Fiksi dalam kendaraan yang bergerak

Kendaraan seberat 1,5 ton melaju di jalan lurus dan horizontal dengan kecepatan 70 km / jam. Pengemudi melihat rintangan di jalan pada jarak tertentu yang memaksanya untuk mengerem dengan tajam. Setelah pengereman, kendaraan tergelincir beberapa saat hingga berhenti. Jika koefisien gesekan antara ban dan jalan adalah 0,7; tentukan berikut ini:

1. Berapa nilai gesekan saat kendaraan selip?
2. Perlambatan kendaraan
3. Jarak yang ditempuh kendaraan dari saat mengerem hingga berhenti.

Gaya gesek kendaraan saat tergelincir adalah:

= 10290 Baru

Bagian b

Gaya gesekan mempengaruhi perlambatan kendaraan saat tergelincir.

Dengan menerapkan hukum kedua Newton, nilai perlambatan diperoleh dengan menyelesaikan persamaan F = ma

Bagian c

Kecepatan awal kendaraan adalah v ₀ = 70Km / h = 19.44m / s

Ketika kendaraan berhenti, kecepatan akhirnya adalah v _f = 0 dan perlambatannya adalah a = - 6.86m / s ²

Jarak yang ditempuh kendaraan, dari saat mengerem hingga berhenti, diperoleh dengan mencari nilai d dari persamaan berikut:

Kendaraan menempuh jarak 27,54m sebelum berhenti.

1. Perhitungan koefisien gesekan dalam kondisi kontak elastis. Mikhin, N M. 2, 1968, Soviet Material Science, Vol. 4, hal. 149-152.
2. Blau, P J. Friction Sains dan Teknologi. Florida, AS: CRC Press, 2009.
3. Hubungan antara gaya adhesi dan gesekan. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung dan Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, hal. 1231-1249.
4. Zimba, J. Force dan Motion. Baltimore, Maryland: The Johns Hopkins University Press, 2009.
5. Bhushan, B. Prinsip dan Aplikasi Tribology. New York: John Wiley and Sons, 1999.
6. Sharma, CS dan Purohit, K. Teori mekanisme dan mesin. New Delhi: Prentice Hall of India, 2006.