Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda 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.
Secara umum gaya gesek dapat dituliskan sebagai suatu ekspansi deret, yaitu
f
→
=
−
b
0
v
→
|
v
→
|
−
b
1
v
v
→
|
v
→
|
−
b
2
v
2
v
→
|
v
→
|
−
.
.
{\displaystyle {\vec {f}}=-b_{0}{\frac {\vec {v}}{|{\vec {v}}|}}-b_{1}v{\frac {\vec {v}}{|{\vec {v}}|}}-b_{2}v^{2}{\frac {\vec {v}}{|{\vec {v}}|}}-..}
di mana suku pertama adalah gaya gesek yang dikenal sebagai gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan suku kedua dan ketiga adalah gaya gesek pada benda dalam fluida. Gaya gesek dapat merugikan atau bermanfaat. 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. 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 pada masa kini tidak lagi demikian. Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat membasahinya (efek lotus). 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 Coriolis-Stokes atau gaya viskos (viscous force). Gaya gesek statisGaya gesek statis adalah gesekan antara dua benda padat yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya. Seperti contoh, gesekan statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Koefisien gesek statis umumnya dinotasikan dengan μs, dan pada umumnya lebih besar dari koefisien gesek kinetis. Gaya gesek statis dihasilkan dari sebuah gaya yang diaplikasikan tepat sebelum benda tersebut bergerak. Gaya gesekan maksimum antara dua permukaan sebelum gerakan terjadi adalah hasil dari koefisien gesek statis dikalikan dengan gaya normal f = μs Fn. Ketika tidak ada gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki nilai dari nol hingga gaya gesek maksimum. Setiap gaya yang lebih kecil dari gaya gesek maksimum yang berusaha untuk menggerakkan salah satu benda akan dilawan oleh gaya gesekan yang setara dengan besar gaya tersebut namun berlawanan arah. Setiap gaya yang lebih besar dari gaya gesek maksimum akan menyebabkan gerakan terjadi. Setelah gerakan terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk menggambarkan kinetika benda, sehingga digunakan gaya gesek kinetis. Gaya gesek kinetisGaya gesek kinetis (atau dinamis) terjadi ketika dua benda bergerak relatif satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis umumnya dinotasikan dengan μk dan pada umumnya selalu lebih kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama.
Jika ada suatu benda bergerak dalam fluida benda tersebut akan mendapat suatu gaya yang disebut dengan gaya Stokes. Besarnya gaya ini bergantung kecepatan dari benda yang bergerak tersebut, sehingga semakin besar kecepatan suatu benda maka gaya Stokes akan semakin besar pula. Arah gaya ini berlawanan dengan arah gerak benda. Misalkan ada suatu benda yang dipercepat dalam suatu fluida sehingga kecepatannya terus bertambah. Karena pertambahan kecepatan ini gaya Stokes yang dialami benda tersebut akan semakin besar. Mengingat arah gaya Stokes berlawanan dengan arah gerak benda dan bergantung kecepatan maka suatu saat gaya Stokes ini akan sama besar dengan gaya yang mempercepat benda tersebut sehingga resultan gaya yang bekerja pada benda menjadi nol. Pada saat ini kecepatan benda akan tetap. Kecepatan ini disebut dengan kecepatan terminal. Contoh kasus bagi gaya fungsi kecepatan ini adalah gerak bola dalam fluida. Misalkan kita menjatuhkan bola besi pejal pada sebuah cairan. Ada tiga buah gaya yang bekerja pada bola tersebut yaitu gaya berat, gaya Archimedes, dan gaya Stokes.  Gaya total yang bekerja pada bola dapat adalah Dengan: rhob = massa jenis bola rho = massa jenis fluida r = jari-jari bola v = kecepatan bola eta = koefisien viskositas. Kita anggap Maka kita mendapatkan Hukum II Newton berbentuk Selanjutnya kita selesaikan seperti berikut Bingung menyelesaikan integralnya? Tak perlu bingung, kita gunakan saja metode substitusi. Misal sehingga Selanjutnya kita substitusikan Untuk t = 0 keadaan awal v = v0 Sehingga Untuk t menuju tak hingga Jadi jika t sangat besar kecepatan bola akan tetap. Saya mencoba membuat simulasi grafik kecepatan terhadap waktu dengan Ms Excel seperti di bawah ini Dari grafik tampak bahwa pada saat tertentu benda yang bergerak dalam fluida akan mencapai kecepatan tetap. Sudah dulu ya bagi ilmunya. kalo ada kesalahan mohon koreksinya 🙂 |
Jelaskan apa yang dimaksud dengan gaya gesek Stokes?
Pos Terkait
Copyright © 2024 apacode Inc.
