FISIKA DASAR 1A (FI- 1101) Kuliah 6 Gesekan

Topik Hari Ini Gesekan Apa itu gesekan? Bagaimana mengenalinya? Model Gesekan Gesekan Statik dan Kinetik Contoh persoalan gesekan

Bagaimana gesekan bekerja? Melawan gerak! Bagaimana mengenalinya? Gesekan menghasilkan suatu gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gerak! j N FAPPLIED i ma fFRICTION mg

GESEKAN... Gesekan disebabkan oleh interaksi “mikroskopik” antara dua permukaan:

GESEKAN... Gaya gesekan bekerja melawan gerak: Sejajar permukaan. Tegak lurus dengan gaya Normal. j N F i ma fF mg

Model untuk gesekan Arah vektor gaya gesekan adalah tegak lurus dengan vektor gaya normal N. Besar vektor gaya gesekan |fF| adalah sebanding dengan besarnya vektor gaya normal |N |. |fF| = K | N | Sesuatu yg “lebih berat” menurut perasaan akan memberikan gesekan yang lebih besar. Konstanta K disebut sebagai “koefisien gesekan kinetik.”

Model untuk gesekan... Dinamika: i : F  KN = ma j : N = mg so F Kmg = ma j N F i ma K mg mg

Contoh: Gesekan dan Gerak Sebuah kotak bermassa m1 = 1.5 kg ditarik arah sejajar dengan tali yang memiliki tegangan T = 90 N. Kotak bergeser (mk = 0.51) di atas balok kedua yang bermassa m2 = 3 kg, yang mana sedang bergerak di atas lantai tanpa gesekan. Berapa percepatan kotak kedua ? (a) a = 0 m/s2 (b) a = 2.5 m/s2 (c) a = 3.0 m/s2 slides with friction (mk=0.51 ) T m1 a = ? m2 slides without friction

Contoh: Gesekan dan Gerak… Solution Pertama-tama gambar diagram benda bebas kotak 1: N1 m1 f = mKN1 = mKm1g T m1g

Contoh: Gesekan dan Gerak… Solution Hk III Newton mengatakan kotak 2 mempekerjakan gaya pada kotak 1 yang sama tapi berlawanan dengan kotak 1 mempekerjakan gaya pada kotak 2. Sebagaimana yang telah dibahas, gaya ini adalah gaya gesekan: = mKm1g f1,2 m1 f2,1 m2

Contoh: Gesekan dan Gerak… Solusi Sekarang perhatikan diagram benda bebas untuk kotak 2: N2 f2,1 = mkm1g m2 m1g m2g

Contoh: Gesekan dan Gerak… Solusi Akhirnya, selesaikan F = ma dalam arah horisontal: mKm1g = m2a a = 2.5 m/s2 f2,1 = mKm1g m2

Bidang Miring dengan Gesekan: Gambar diagram benda bebas: ma KN j N  mg  i

Bidang Miring... Perhatikan komponen i dan j dari FNET = ma : i mg sin KN = ma j N = mg cos  KN mg sin Kmg cos  = ma ma j N  a / g = sin Kcos   mg mg cos  i mg sin 

Gesekan Statik... Sejauh ini kita telah membahas gesekan yang bekerja saat benda bergerak saja. Kita juga mengenal bahwa gesekan juga bekerja pada sistem yang tidak bergerak, “static”. Di dalam kasus-kasus ini, gaya yang diberikan oleh gesekan akan bergantung pada gaya yang diberikan pada sistem. j N F i fF mg

Gesekan Statik... Seperti pada kasus pergeseran, kecuali a = 0. i : F fF = 0 j : N = mg Sementara balok dalam keadaan statik: fF F j N F i fF mg

Gesekan Statik... Gaya gesekan maksimum yang mungkin antara dua buah benda adalah fMAX = SN, dengan s disebut sebagai “koefisien gesekan statik.” Sehingga fF  S N. Jika F membesar, fF akan membesar sampai fF = SN dan ebda muali bergerak. j N F i fF mg

Gesekan Statik... S ditemukan dengan memperbesar F sampai balok mulai bergerak : i : FMAX SN = 0 j : N = mg S FMAX / mg j N FMAX i Smg mg

Gesekan Statik : Mari kita tinjau S pada bidang miring. Dalam hal ini, gaya yang diberikan oleh gesekan akan bergantung pada sudut  dari bidang. 

(Hk II Newton sepanjang sb-x) Gesekan Statik... Gaya yang diberikan oleh gesekan, fF , bergantung pada . fF ma = 0 (balok masih diam) mg sin ff  i j N  (Hk II Newton sepanjang sb-x) mg 

Gesekan Statik... Kita dapat menentukan s dengan memperbesar sudut sehingga balok bergerak: mg sin ff In this case: ffSN  Smg cos M SN i j mg sin MSmg cos M N M mg  Stan M

Komentar tambahan mengenai Gesekan: Karena fF = N , gaya gesekan tidak bergantung pada luas permukaan bidang kontak. Dengan definisi, adalah benar bahwa S > K untuk sistem apapun.

Grafik antara Gaya gesekan vs Gaya terapan: Aside: Grafik antara Gaya gesekan vs Gaya terapan: fF = SN fF = KN fF fF = FA FA

Berapa percepatan maksimum truk a agar kotak tidak bergeser? Problem1: Truk & Kotak Sebuah kotak bermassa m diletakkan di bagian belakang truk. Koefisien gesekan statik antara kotak & truk adalah S. Berapa percepatan maksimum truk a agar kotak tidak bergeser? S m a

Problem1: Truk & Kotak Gambar diagram benda bebas untuk kotak: Tinjau kasus dimana fF adalah maksimum... (i.e. jika percepatan lebih besar lagi, kotak akan slip). N j i fF = SN mg

Problem1: Truk & Kotak Gunakan FNET = ma untuk komponen i dan j i SN = maMAX j N = mg aMAX = S g N j aMAX i fF = SN mg

Problem2: Bidang miring dipercepat Sebuah bidang miring dipercepat dengan percepatan konstan a. Sebuah balok yang diam pada bidang dipertahankan pada posisinya oleh gesekan statik. Tentukan arah dari gaya gesekan statik? S a Ff Ff Ff (a) (b) (c)

Problem2: Bidang miring dipercepat… Pertama-tama perhatikan kasus dimana bidang miring tidak dipercepat. N Ff mg mg Ff N Jumlah semua gaya adalah nol!

Problem2: Bidang miring dipercepat… Jika bidang mengalami percepatan, gaya normal berkurang dan gaya gesekan bertambah, tetapi gaya gesekan tetap searah dengan bidang: N Ff a mg Jumlah semua gaya menjadi ma! F = ma Jawabannya adalah (a) mg Ff N ma