Sabtu, 24 April 2010

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

\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. 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 = 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 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

Ff = μ N (1)

where

Ff = frictional force (N, lb)

μ = static (μs) or kinetic (μk) frictional coefficient

N = normal force (N, lb)

frictional force

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 CombinationsStatic Frictional Coefficient - μs
Clean and Dry SurfacesLubricated and Greasy Surfaces
AluminumAluminum1.05 - 1.350.3
Aluminum-bronzeSteel0.45
AluminumMild Steel0.61
Brake materialCast iron0.4
Brake materialCast iron (wet)0.2
BrassSteel0.350.19
BrassCast Iron0.31)
BrickWood0.6
BronzeSteel
0.16
BronzeCast Iron0.221)
Bronze - sinteredSteel
0.13
CadmiumCadmium0.50.05
CadmiumChromium0.410.34
CadmiumMild Steel0.461)
Cast IronCast Iron1.1, 0.151)0.071)
Cast IronOak0.491)0.0751
Cast ironMild Steel0.4, 0.231)0.21, 0.1331)
Carbon (hard)Carbon0.160.12 - 0.14
CarbonSteel0.140.11 - 0.14
ChromiumChromium0.410.34
Copper-Lead alloySteel0.22
CopperCopper10.08
CopperCast Iron1.05, 0.291)
CopperMild Steel0.53, 0.361)0.181)
DiamondDiamond0.10.05 - 0.1
DiamondMetal0.1 - 0.150.1
GlassGlass0.9 - 1.0, 0.41)0.1 - 0.6,
0.09-0.121)
GlassMetal0.5 - 0.70.2 - 0.3
GlassNickel0.780.56
GraphiteSteel0.10.1
GraphiteGraphite (in vacuum)0.5 - 0.8
GraphiteGraphite0.10.1
IceWood0.05
IronIron1.00.15 - 0.20
LeadCast Iron0.431)
LeatherOak0.61, 0521
LeatherMetal0.40.2
LeatherWood0.3 - 0.4
LeatherClean Metal0.6
Leather fiber Cast iron0.31
Leather fiberAluminum0.30
MagnesiumMagnesium0.60.08
NickelNickel0.7 - 1.1,
0.531)
0.28, 0.121)
NickelMild Steel0.641)0.1781)
NylonNylon0.15 - 0.25
OakOak (parallel grain)0.62, 0.481)
OakOak (cross grain)0.54, 0.3210.0721
PaperCast Iron0.20
Phosphor-bronzeSteel0.35
PlatinumPlatinum1.20.25
PlexiglasPlexiglas0.80.8
PlexiglasSteel0.4-0.50.4 - 0.5
PolystyrenePolystyrene0.50.5
PolystyreneSteel0.3-0.350.3 - 0.35
PolytheneSteel0.20.2
PolystyrenePolystyrene0.50.5
RubberCardboard0.5 - 0.8
RubberDry Asphalt0.9 (0.5 - 0.8)1)
RubberWet Asphalt0.25 - 0.751)
RubberDry Concrete0.6 - 0.851)
RubberWet Concrete0.45 - 0.751)
SilverSilver1.40.55
SapphireSapphire0.20.2
SilverSilver1.40.55
SteelSteel0.80.16
Straw FiberCast Iron0.26
Straw Fiber Aluminum0.27
Tarred fiberCast Iron0.15
Tarred fiberAluminum0.18
TeflonTeflon0.040.04, 0.041)
TeflonSteel0.040.04
Tungsten CarbideSteel0.4-0.60.1 - 0.2
Tungsten CarbideTungsten Carbide0.2 - 0.250.12
Tungsten CarbideCopper0.35
Tungsten CarbideIron0.8
TeflonTeflon0.040.04
TinCast Iron0.321)
Tire, dryRoad, dry1
Tire, wetRoad, wet0.2
WoodClean Wood0.25 - 0.5
WoodWet Wood0.2
WoodClean Metal0.2 - 0.6
WoodWet Metals0.2
WoodConcrete0.62
WoodBrick0.6

Wet snow0.14, 0.11)
Wood - waxedDry snow0.041)
ZincCast Iron0.85, 0.211)
ZincZinc0.60.04

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:

Ff = 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

Tidak ada komentar: