Laporan Praktikum Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Daftar isi

1. Latar belakang
2. Tujuan Percobaan
3. Dasar Teori
4. Metodologi Percobaan
5. Data dan Analisa
6. Kesimpulan
7. Daftar Pustaka
8. Bagian Pengesahan
9. Lampiran

I. Latar belakang

Gaya gesek adalah gaya yang memiliki arah yang berlawanan dengan gerak benda, kehadiran gaya ini juga sebagai indikator "suatu benda akan bergerak". Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan dimana sebuah benda diam atau meluncur pada suatu permukaan yang memberikan gaya-gaya kepadanya. Setiap kali dua benda berinteraksi akibat kontak langsung (sentuhan) dari permukaan-permukaan maka gaya-gaya interaksinya disebut gaya kontak. Gaya gesekan juga selalu terjadi antara permukaan benda padat yang bersentuhan, sekalipun benda tersebut sangat licin. Hal ini disebabkan pada permukaan benda yang sangat licin akan tetap terlihat kasar dalam skala mikroskopis. Ketika sebuah benda bergerak, misalnya ketika sebuah buku didorong di atas permukaan meja, gerakan buku tersebut mengalami hambatan dan akhirnya akan berhenti, karena terjadi sebuah gesekan antara permukaan buku dengan permukaan meja serta gesekan antara permukaan buku dengan udara. Dalam hal ini, jika permukaan suatu benda bergesekan dengan permukaan benda lain, masing-masing benda akan melakukan gaya gesek antara satu dengan yang lain.

Dalam pembahasan mengenai Hukum Newton kita akan selalu berhubungan dengan gaya gesekan. Secara umum, gaya didefinisikan sebagai sesuatu yang dapat mengubah keadaan gerak suatu benda. Suatu benda dapat bergerak karena mendapat gaya. Gaya juga dapat mempercepat atau memperlambat gerak benda. Selain itu, gaya juga dapat dikatakan sebagai tarikan atau dorongan. Dalam bahasa sehari-hari gaya sering diartikan sebagai dorongan atau tarikan, terutama yang dilakukan oleh otot-otot kita (Halliday, 1991).

Memahami akan pentingnya gaya gesek merupakan hal yang penting dalam kehidupan manusia. Sehingga kita perlu mengetahui peran penting dari gaya gesek ini dalam kehidupan, yang mana bisa dipelajari melalui praktikum kali ini, yaitu dalam konteks penentuan koefisien gesek bahan. Membahas mengenai tujuan dalam praktikum ini yaitu menentukan koefisien gesek statis μ_s dan koefisien gaya kinetis μ_k pada benda. Kehidupan kita sehari-hari tidak terlepas dari bantuan gaya gesekan, walaupun terkadang kita tidak menyadarinya. Akibat dari pentingnya pengetahuan untuk memahami tentang gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari maka dilakukan percobaan ini.

II. Tujuan Percobaan

1. Untuk dapat memahami gaya gesek statis dan kinetis.
2. Untuk dapat mengukur koefisien gaya gesek statis dan kinetis benda.

III. Dasar Teori

Bila suatu permukaan benda meluncur di atas permukaan benda lain maka masing-masing benda akan saling memperoleh gaya gesekan, sejajar dengan permukaan. Gaya gesekan terhadap tiap benda berlawanan arahnya dengan arah gerak dari masing-masing benda tersebut. Jadi jika sebuah balok meluncur dari kiri ke kanan di atas sebuah permukaan meja maka suatu gaya gesek ke kiri akan bekerja terhadap meja. Gaya gesekan juga bisa bekerja dalam keadaan tidak terjadi gerak relatif. Misalnya, suatu gaya horizontal terhadap sebuah peti berat yang terletak di lantai mungkin saja tidak cukup besar nilainya untuk menggerakkan peti itu, karena gaya tersebut terimbangi oleh suatu gaya gesekan yang besarnya sama dan arahnya berlawanan dengan yang dikerjakan oleh lantai terhadap peti (Young, 1998).

Terdapat 2 jenis gaya gesek antara 2 benda padat yang saling tegak lurus bersentuhan, yaitu gaya gesek statis dan kinetis yang dibedakan antara titik-titik sentuhan kedua permukaan yang tetap (Giancoli, 2001).

Gaya gesek yang terjadi jika permukaan benda bersentuhan atau ketika benda belum bergerak disebut dengan gaya gesek statis f_s. Gaya gesek statis maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Ketika benda telah bergerak, gaya gesek statis yang terjadi antara 2 benda tersebut berkurang. Gaya gesek yang bekerja pada saat benda bergerak adalah gaya gesek kinetis f_k. Hasil eksperimen pada literatur menunjukkan bahwa benda yang kering tanpa pelumas memiliki besar gaya gesek yang sebanding dengan gaya normal (Halliday, 2001).

Besarnya gaya gesek kinetis biasanya meningkat ketika gaya normalnya meningkat, umumnya gaya gesekan kinetis f_k sebanding dengan besar dari gaya normalnya:

	(1)

dimana untuk μ_k merupakan konstanta koefisien gesek kinetis. Permukaan yang licin akan mempunyai koefisien gesek kinetis lebih kecil. Sedangkan besar gaya gesek statis f_s adalah:

	(2)

dimana untuk μ_s adalah koefisien gesek statis. Dalam situasi tertentu gaya gesekan statis riil dapat mempunyai besar berapapun antara nol sampai satu dan nilai maksimumnya diberikan oleh f_s= μ_sN (Alonso, 1944).

Gaya gesekan adalah gaya yang timbul akibat persentuhan langsung antara dua permukaan benda yang berlawanan terhadap arah gerak benda. Jika sebuah balok yang beratnya W diletakkan pada bidang datar maka besarnya gaya normal N sama dengan besarnya berat W. Sesuai persamaan:

	(3)

Gaya normal adalah gaya yang ditimbulkan oleh alas bidang dimana benda ditempatkan tegak lurus terhadap bidang itu:

	(4)

sesuai persamaan (4) di atas, jika sebuah benda bermassa m dan berada di bidang miring dengan sudut kemiringan θ, maka besarnya gaya normal (N) sama dengan mg cos θ (Zaelani, 2006).

Gambar 1. Gaya normal pada bidang datar

Gambar 2. Gaya normal pada bidang miring

IV. Metodologi Percobaan

4.1 Alat dan Bahan

1. Papan sistem mekanik berfungsi sebagai bidang permukaan yang akan bergesekan dengan balok (1 buah).
2. Bidang miring sebagai bidang permukaan untuk balok (1 buah).
3. Balok sebagai beban M yang akan bergesekan dengan bidang (1 buah).
4. Aluminium foil berfungsi untuk melapisi balok (secukupnya).
5. Tali penggantung berfungsi untuk menghubungkan tempat gantung beban dengan balok kayu (1 buah).
6. Massa benda yang akan digantungkan berfungsi untuk memberi beban terhadap balok (5 balok).
7. Katrol berfungsi untuk meletakkan tali penggantung yang dihubungkan dengan balok kayu (1 buah).
8. Neraca berfungsi untuk mengukur massa beban (1 buah).
9. Penggaris berfungsi untuk mengukur panjang lintasan (1 buah).
10. Stopwatch digital berfungsi untuk menentukan waktu tempuh balok hingga berhenti (1 buah).

4.2 Gambar Alat

—

4.3 Langkah Kerja

4.3.1 Gerak Horizontal

Gambar 3. Diagram alir percobaan gerak horizontal benda

4.3.2 Gerak diatas bidang miring

Gambar 4. Diagram alir percobaan gerak benda pada bidang miring

4.4 Metode Grafik

Gambar 5. Metode grafik 1 praktikum gaya gesek

Gambar 6. Metode grafik 2 praktikum gaya gesek

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

5.2 Analisa Data

Pada percobaan ini menggunakan prinsip percobaan yang mengacu pada Hukum Newton II yang menyatakan bahwa resultan gaya yang bekerja pada benda sebanding dengan massa dan percepatan benda. Pada percobaan ini menggunakan 2 bidang yang berbeda yaitu gerak benda pada bidang horizontal dan bidang miring. Bidang horizontal dimanfaatkan untuk mencari koefisien gaya gesek kinetis sedangkan bidang miring untuk mencari koefisien gaya gesek statis.

Dalam percobaan ini untuk mencari koefisien gesek kinetis digunakan balok yang diletakkan pada bidang horizontal yang tersambung dengan beban yang lain melalui katrol, skema peralatan percobaan ini dapat dilihat pada gambar 1. Dalam hal ini massa tali dan katrol diabaikan, serta momen inersia katrol juga diabaikan. Koefisien gesek kinetis pada bidang horizontal ini diselesaikan dengan metode grafik, dengan persamaan:

	(5)

Bentuk dari grafik gerak benda pada bidang horizontal dapat dilihat di bawah:

Gambar 7. Grafik hubungan percepatan terhadap rasio massa benda

dari grafik data percobaan diatas dapat dilihat bahwa grafik memotong sumbu y, nilai perpotongan dengan sumbu y tersebut adalah nilai gravitasi. Nilai gravitasi yang diperoleh adalah sebesar g = 1,62 m/s². Hasil ini jauh berbeda dari nilai gravitasi pada umumnya yaitu sebesar g = 9,8 m/s². Hal ini terjadi karena kesalahan-kesalahan yang dilakukan selama percobaan, perhitungan, membuat grafik, dan lain-lain. Dari nilai gravitasi yang didapat ini kita dapat menentukan koefisien gesek kinetis dengan memasukkan nilai m dan g pada persamaan garis grafik 1. Didapat koefisien gaya gesek kinetisnya sebesar μ_k = 0,855.

Pada percobaan berikutnya adalah gerak benda pada bidang miring untuk menentukan koefisien gesek statis pada benda. Pada balok pertama yang dilapisi aluminium foil benda tersebut digerakkan dari keadaan diam pada bidang miring melalui tongkat kayu yang berada di bawah bidang miring tersebut. Tujuannya adalah agar kita dapat melihat benda itu mulai bergerak, sebab saat itu juga gaya gesekan statis mencapai nilai maksimum. Setelah dicatat sudut-sudut, panjang lintasan, dan tinggi benda tersebut ketika mulai bergerak, lalu data tersebut digunakan untuk membuat grafik, sesuai dengan persamaan garis grafik 2. Setelah didapatkan data-datanya lalu balok pertama ditambah dengan massa beban b yang bernilai 64,5 × 10^-3 kg. Kemudian kembali dihitung sudut-sudut, panjang lintasan dan tinggi benda tersebut ketika mulai bergerak. Berikut ini adalah gambar 2 grafik massa benda A (M_A) dan massa benda A ditambah massa benda b (M_A+m_b):

Gambar 8. Grafik hubungan (cos θ)² terhadap sin 2θ pada massa benda M_A dalam bidang miring

Gambar 9. Grafik hubungan (cos θ)² terhadap sin 2θ pada massa benda M_A+m_b dalam bidang miring

dari data grafik gambar 8 dan 9 didapatkan nilai koefisien gesek statis sebesar μ_s = 0,714 dan μ_s = 0,578. Dari perhitungan μ_s dapat diketahui bahwa massa benda mempengaruhi koefisien gesek statisnya. Pada nilai koefisien gesek statis pada benda M_A terlihat bahwa nilainya jauh lebih besar daripada benda M_A+m_b. Maka dari itu benda yang lebih berat massanya cenderung lebih kecil koefisien gesek statisnya karena dalam hal ini (pada bidang miring) benda lebih mudah bergerak (gaya gesek statisnya kecil). Tetapi setelah gerakan benda terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk menggambarkan gerak benda, sehingga digunakan gaya gesek kinetis.

Rekomendasi Laporan Praktikum lain:

• Pesawat Atwood (Sistem Katrol)
• Koefisien Muai Panjang Logam
• Hukum Archimedes pada Telur

Dalam percobaan gaya gesek ini diketahui konsep-konsep tentang kinerja dari gaya gesek statis maupun kinetis yang dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya saat ketika kita terpeleset saat menginjakkan kaki pada sesuatu yang licin itu karena tidak ada gaya gesek yang bekerja. Tanpa gaya gesek kita tidak akan bisa berjalan karena terdapat gaya gesek antara permukaan sandal atau sepatu dengan permukaan tanah. Tanpa adanya gaya gesek juga tidak dapat tercipta parasut, dan masih banyak lagi penerapan-penerapan gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari.

VI. Kesimpulan

1. Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan, benda-benda yang dimaksud disini tidak harus berbentuk padat tetapi dapat pula berbentuk cair maupun gas. Terdapat dua jenis gaya gesek antara dua buah benda yang padat saling bergerak lurus, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Gaya gesek statis bekerja pada benda diam hingga tepat akan bergerak sehingga besarnya berubah hingga mencapai nilai maksimum yang diperlukan untuk menggerakkan benda. Gaya gesek kinetis merupakan gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak.
2. Dalam percobaan kali ini didapatkan koefisien gesek kinetis, koefisien gesek statis. Perhitungan yang akurat dan ketelitian yang tinggilah yang dapat mengurangi nilai ketidakpastian, karena angka-angka ini masih jauh berbeda dari literatur. Berikut ini adalah nilainya:

1. Nilai dari koefisien gesek kinetis:
   
   μ_k = 0,855
2. Nilai dari koefisien gesek statis benda M_A:
   
   μ_{s (MA)} = 0,714
3. Nilai dari koefisien gesek statis benda M_A+m_b:
   μ_{s (MA+mb)} = 0,578

VII. Daftar Pustaka

• Alonso, M. dan Fien E.J., 1994. Dasar-dasar Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.
• Giancoli, D.C., 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
• Halliday, D. dkk., 1991. Dasar-dasar Fisika Jilid 1. Tangerang: Binarupa Aksara.
• Halliday, D. dkk., 2001. Fisika Dasar Edisi 7 Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
• Young, H.D., 1998. Fisika Universitas. Jakarta: Erlangga.
• Zaelani, A., 2006. 1700 Bank Soal Bimbingan Pemantapan Fisika. Bandung: Yrama Widya.

VIII. Bagian Pengesahan

—

IX. Lampiran