GAYA GESEKAN

Kita sering mendengar kata gesekan. Misal, gesekan antar mesin, gesekan antara tangan dengan meja, dan lain sebagainya. Kehidupan kita sehari-hari tidak terlepas dari bantuan gaya gesekan, walaupun terkadang tidak kita sadari. Tanpa gaya gesek, kita tidak akan bisa berjalan, roda sepeda motor atau mobil juga tidak akan bisa berputar, demikian juga pesawat terbang akan selalu tergelincir. Berita di televisi dan surat kabar yang mengatakan bahwa pesawat terbang tergelincir merupakan salah satu bukti, demikian juga ketika anda terpeleset dan jatuh. Namun, terkadang gaya gesekan dapat merugukan kita misalnya, gaya gesek antara benda-benda di dalam mesin yang dapat menyebabkan mesin cepat aus dan rusak.

KONSEP GAYA GESEKAN

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.

Dalam kehidupan sehari-hari, gaya gesekan dapat menguntungkan maupun merugikan.

Beberapa keuntungan gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari:

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.

•Jalan raya dibuat permukaannya kasar agar terjadi gaya gesekan antara ban mobil dan permukaan jalan raya sehingga mobil dapat bergerak atau tidak mudah tergelincir.
•Sepatu olah raga telapaknya dibuat kasar agar pemain olah raga tidak mudah terpeleset.

•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.
•Jika tidak terdapat gesekan, maka kapan saja Anda berjalan, maka Anda akan terpeleset seperti ketika Anda berjalan di atas es.
•Tanpa gesekan, roda mobil tidak akan dapat berputar dan mobil pun tidak dapat bergerak.
•Anda juga tidak dapat menghapus tulisan Anda yang salah ketika Anda menulis dengan pensil.

 

Beberapa kerugian gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari:

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.

–Gaya gesekan antara ban mobil dan jalan menyebabkan ban mobil cepat aus.
–Gaya gesekan antara udara dan mobil, pesawat terbang, atau kereta api mengakibatkan kendaraan-kendaraan itu tidak dapat melaju dengan kecepatan penuh.

 

Beberapa cara memperkecil gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari:

• Memberikan benda bulat dari besi pada poros roda
• Memberikan pelumas seperti oli atau vaselin pada mesin
• Memberikan roda di bagian bawah benda-benda yang berat agar mudah dipindahkan, seperti lemari es atau lemari pakaian.
• Mendesain bentuk kendaraan menjadi lebih aerodinamis, sehingga gaya gesekannya menjadi berkurang

    

Sebenarnya, usaha manusia untuk mengurangi gaya gesekan telah dilakukan sejak ribuan tahun yang lalu. Ilmu yang mempelajari tentang gaya gesek dan cara untuk mengurangi besarnya gaya gesek disebut tribology. Dalam literatur kuno didapatkan bahwa bangsa-bangsa peradaban tua seperti Mesir dan Assyria sudah memakai prinsip-prinsip tribology dalam kegiatan keseharian mereka ribuan tahun lalu. Diketahui bahwa di jaman itu, ketika memindahkan barang yang berat mereka menggunakan minyak hewan untuk melicinkan permukaan.
Karena tribology dan gesekan tidak bisa dipisahkan, penting untuk menelusuri sejarah manusia modern mencoba membedah fenomena gesekan. Adalah si jenius Leonardo Da Vinci (1452-1519) yang mula-mula merumuskan cara mengurangi gesekan dalam bentuk yang riil dan terstruktur. Da Vinci meninggalkan sketsa ball bearing kayu yang sangat mirip dengan ball bearing logam yang dipakai saat ini. Di dunia modern sekarang, hampir semua alat yang bergerak memakai bearing, dalam bahasa Indonesia disebut klaher.
Diilhami oleh Da Vinci, hukum-hukum fisika mengenai gesekan dirumuskan oleh dua ilmuwan secara terpisah yaitu Amontons (1699) dan selanjutnya Coulomb (1751) dan disebut Hukum Gesekan Amontons-Coulomb. Hukum ini sederhana dan berisi empat butir postulat:

1. Gaya gesekan pada permukaan yang bersentuhan berbanding lurus dengan gaya tegak lurus pada permukaan tersebut. 
2.   Gaya gesekan tidak bergantung pada luas proyeksi permukaan yang bersentuhan 
3. Gaya gesekan tidak berhubungan dengan kecepatan sliding permukaan. 
4. Gaya gesekan statis lebih besar daripada gaya gesekan dinamis

Postulat 1 dan 2, terbukti melalui penelitian (emprically proved) akurat untuk gesekan Benda padat. Sementara itu, postulat 3 dan 4 dalam beberapa kasus tidak sesuai dengan hasil percobaan. Selama lebih dari dua ratus tahun hukum gesekan di atas (terutama hukum 1 dan 2) dipakai secara luas dan hampir
semua disain alat mekanik modern menerapkan hukum ini.

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.

Jenis gaya gesekan ada 2, yaitu gaya gesekan statis dan gaya gesekan kinetis. Gaya gesekan statis cenderung mempertahankan keadaan diam benda. Sedangkan gaya gesekan kinetis cenderung mempertahankan gerak dari suatu benda.

a). Gaya gesekan statis

    gaya ini terjadi antara dua permukaan benda yang diam atau tidak ada gerak relatif antara satu benda dengan benda lainnya. Saat suatu benda ditarik dengan sebuah gaya dan benda tersebut belum bergerak, maka berarti ada gaya yang berlawanan arah dengan arah gerak benda tersebut. Gaya itu adalah gaya gesekan statik (f_s ).

Apabila gaya tarik diperbesar dan balok belum bergerak, berarti gaya gesekan statis (f_s) bertambah besar sampai mencapai harga maksimum. Hasil percobaan menunjukkan bahwa gaya gesekan statik maksimum (f_smaks) sebanding dengan gaya normal (N). Harga kesebandingan ini disebut koefisien gesekan statis (µ_s). Koefisien gesekan merupakan tetapan yang menunjukkan tingkat kekasaran benda. Gaya gesekan statis mempunyai nilai yang terletak antara nol sampai nilai maksimum sebesar µ_sN.

                    

b). Gaya gesekan kinetis

untuk menggerakkan balok kayu di atas lantai dibutuhkan gaya yang dapat mengatasi gaya gesekan statis (fs). Setelah bergerak, gaya itu mempertahankan gerak benda dan digunakan untuk mengatasi gaya gesekan kinetisnya (fk). Sehingga hanya diperlukan gaya yang lebih kecil daripada gaya yang digunakan untuk mulai menggerakkannya. Setelah bergerak, gaya gesek statis (fs) berkurang sdikit demi sedikit dan berubah menjadi gaya gesekan kinetis (fk). Sehingga, besar gaya kinetis selalu lebih besar daripada gaya gesekan statis maksimum.

            f_k < f_smaks

gaya gesekan kinetis mencerminkan hubungan relatif antara dua permukaan yang melakukan kontak.

           

Dengan µ_k disebut koefisien gesekan kinetis.

 

Perhatikan gambar, sebuah balok bermassa m terletak di atas permukaan kasar bidang miring yang diam dengan kemiringan sebesar α.

 

Pada saat benda tepat akan bergerak, maka berlaku :

= 0

 

                    N = w cos α

 

= 0

w sin α - f_s = 0

w sin α = µ_s N

µ_s =

µ_s = = tan α =

µ_{s =}

 

selanjutnya bila ditinjau saat balok meluncur ke bawah, maka akan berlaku :

= m a = 0

Sehingga dapat dibuktikan bahwa koefisien gesekan kinetik dapat ditentukan dengan persamaan :

µ_k = tan α – ( g cos α)

dimana :    α = sudut kemiringan bidang

            s = jarak yang ditempuh benda

            t = waktu untuk menempuh jarak s

untuk menentukan percepatannya :

         = m a                     = 0

    mg sin α - f_k = m a                N – mg cos α = 0

mg sin α - µ_k N = m a                N = mg cos α

substitusikan nilai N :

    mg sin α - µ_k N = m a

    mg sin α - µ_k mg cos α = m a

            a = g (sin α - µ_k
cos α)

Jadi, besar percepatan gerak balok tidak tergantung massa benda. Percepatan balok tersebut hanya bergantung pada percepatan grafitasi (g), koefisien gesekan kinetik, dan besar sudut bidang miring.

Besarnya gaya gesekan sebanding dengan gaya normal dan dipengaruhi pula oleh kondisi atau sifat permukaan bidang sentuh atau disebut koefisien gesekan baik koefisien gesekan statik, maupun koefisien gesekan kinetik.

Beberapa nilai koefisien gesekan antara dua permukaan benda dapat dilihat dalam tabel berikut ini

PERMUKAAN
KOEFISIEN GESEKAN STATIK(µ_S)
KOEFISIEN GESEKAN KINETIK(µ_K)
KAYU PADA KAYU
KAYU PADA BAJA
KAYU PADA SALJU
BAJA PADA BAJA
ALUMINIUM PADA BAJA
TEMBAGA PADA BAJA
KACA PADA KACA
TEMBAGA PADA KACA
TEFLON PADA TEFLON
TEFLON PADA BAJA
KARET PADA BETON(KERING)
KARET PADA BETON (BERAIR)
BOLA GOTRI YANG DIBERI OLI
0,40
0,70
0,08
0,74
0,61
0,53
0,94
0,68
0,04
0,04
1,00
0,30
<0,01
0,20
0,40
0,06
0,57
0,47
0,36
0,40
0,53
0,04
0,04
0,80
0,25
<0,01

 

• http://www.gurumuda.com/gaya-gesekan
  
• http://www.hendria.com/2010/03/gaya-gesek_18.html
  
• Ruwanto, Bambang. 2007. Fisika 2 SMA/MA kelas XI. Jakarta : Yudhistira
• Sumardi. Gar, dkk., 1994. Materi Pokok Mekanika. Jambi: Universitas Jambi.
• Sutrisno. 1986. Fisika Dasar Mekanika I.Bandung:ITB.

Tim Fisika Dasar 1. 2006. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1. Jambi : Universitas Jambi