Gaya Gesek

Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan 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

,

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. Panas pada poros yang berputar, engsel pintu yang berderit, dan sepatu yang aus adalah contoh kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek. 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. Tanpa adanya gaya gesek juga tidak dapat tercipta parasut.

Asal gaya gesek

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 dewasa ini tidak lagi demikian. Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat membasahinya (efek lotus).

Jenis-jenis gaya gesek

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 ataugaya viskos (viscous force).

Gaya gesek statis

Gaya 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 = μ_s F_n. 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 kinetis

Gaya 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.

Frictional force can be expressed as

F_f = μ N (1)

where

F_f = frictional force (N, lb)

μ = static (μ_s) or kinetic (μ_k) frictional coefficient

N = normal force (N, lb)

For an object pulled or pushed horizontally, the normal force - N - is simply the weight:

N = m g (2)

where

m = mass of the object (kg, slugs)

g = acceleration of gravity (9.81 m/s², 32 ft/s²)

Frictional Coefficients for some Common Materials and Materials Combinations

Materials and Material Combinations		Static Frictional Coefficient - μs
		Clean and Dry Surfaces	Lubricated and Greasy Surfaces
Aluminum	Aluminum	1.05 - 1.35	0.3
Aluminum-bronze	Steel	0.45
Aluminum	Mild Steel	0.61
Brake material	Cast iron	0.4
Brake material	Cast iron (wet)	0.2
Brass	Steel	0.35	0.19
Brass	Cast Iron	0.31)
Brick	Wood	0.6
Bronze	Steel		0.16
Bronze	Cast Iron	0.221)
Bronze - sintered	Steel		0.13
Cadmium	Cadmium	0.5	0.05
Cadmium	Chromium	0.41	0.34
Cadmium	Mild Steel	0.461)
Cast Iron	Cast Iron	1.1, 0.151)	0.071)
Cast Iron	Oak	0.491)	0.0751
Cast iron	Mild Steel	0.4, 0.231)	0.21, 0.1331)
Carbon (hard)	Carbon	0.16	0.12 - 0.14
Carbon	Steel	0.14	0.11 - 0.14
Chromium	Chromium	0.41	0.34
Copper-Lead alloy	Steel	0.22
Copper	Copper	1	0.08
Copper	Cast Iron	1.05, 0.291)
Copper	Mild Steel	0.53, 0.361)	0.181)
Diamond	Diamond	0.1	0.05 - 0.1
Diamond	Metal	0.1 - 0.15	0.1
Glass	Glass	0.9 - 1.0, 0.41)	0.1 - 0.6, 0.09-0.121)
Glass	Metal	0.5 - 0.7	0.2 - 0.3
Glass	Nickel	0.78	0.56
Graphite	Steel	0.1	0.1
Graphite	Graphite (in vacuum)	0.5 - 0.8
Graphite	Graphite	0.1	0.1
Ice	Wood	0.05
Iron	Iron	1.0	0.15 - 0.20
Lead	Cast Iron	0.431)
Leather	Oak	0.61, 0521
Leather	Metal	0.4	0.2
Leather	Wood	0.3 - 0.4
Leather	Clean Metal	0.6
Leather fiber	Cast iron	0.31
Leather fiber	Aluminum	0.30
Magnesium	Magnesium	0.6	0.08
Nickel	Nickel	0.7 - 1.1, 0.531)	0.28, 0.121)
Nickel	Mild Steel	0.641)	0.1781)
Nylon	Nylon	0.15 - 0.25
Oak	Oak (parallel grain)	0.62, 0.481)
Oak	Oak (cross grain)	0.54, 0.321	0.0721
Paper	Cast Iron	0.20
Phosphor-bronze	Steel	0.35
Platinum	Platinum	1.2	0.25
Plexiglas	Plexiglas	0.8	0.8
Plexiglas	Steel	0.4-0.5	0.4 - 0.5
Polystyrene	Polystyrene	0.5	0.5
Polystyrene	Steel	0.3-0.35	0.3 - 0.35
Polythene	Steel	0.2	0.2
Polystyrene	Polystyrene	0.5	0.5
Rubber	Cardboard	0.5 - 0.8
Rubber	Dry Asphalt	0.9 (0.5 - 0.8)1)
Rubber	Wet Asphalt	0.25 - 0.751)
Rubber	Dry Concrete	0.6 - 0.851)
Rubber	Wet Concrete	0.45 - 0.751)
Silver	Silver	1.4	0.55
Sapphire	Sapphire	0.2	0.2
Silver	Silver	1.4	0.55
Steel	Steel	0.8	0.16
Straw Fiber	Cast Iron	0.26
Straw Fiber	Aluminum	0.27
Tarred fiber	Cast Iron	0.15
Tarred fiber	Aluminum	0.18
Teflon	Teflon	0.04	0.04, 0.041)
Teflon	Steel	0.04	0.04
Tungsten Carbide	Steel	0.4-0.6	0.1 - 0.2
Tungsten Carbide	Tungsten Carbide	0.2 - 0.25	0.12
Tungsten Carbide	Copper	0.35
Tungsten Carbide	Iron	0.8
Teflon	Teflon	0.04	0.04
Tin	Cast Iron	0.321)
Tire, dry	Road, dry	1
Tire, wet	Road, wet	0.2
Wood	Clean Wood	0.25 - 0.5
Wood	Wet Wood	0.2
Wood	Clean Metal	0.2 - 0.6
Wood	Wet Metals	0.2
Wood	Concrete	0.62
Wood	Brick	0.6
	Wet snow	0.14, 0.11)
Wood - waxed	Dry snow	0.041)
Zinc	Cast Iron	0.85, 0.211)
Zinc	Zinc	0.6	0.04

¹⁾ Kinetic or sliding frictional coefficient - holds only when there is a relative motion between the surfaces; otherwise they are somewhat higher

Kinetic versus Static Frictional Coefficients

Kinetic frictional coefficients are used with relative motion between objects. Static frictional coefficients are used for objects without relative motion. Static coefficients are somewhat higher than kinetic coefficients.

Example - Friction Force

The friction force of a 100 lb wooden crate pushed across a concrete floor with friction coefficient of 0.62 can be calculated as:

F_f = 0.62 (100 lb)

= 62 (lb)

• 1 lb = 0.4536 kg

Sumber:

1. http://www.engineeringtoolbox.com/friction-coefficients-d_778.html
2. http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_gesek