Gaya gesek

Ban yang tergelincir pada beton kering memiliki koefisien gesek sekitar 0.7; pada beton basah nilainya turun menjadi sekitar 0.5.

Gaya yang melawan pergeseran

Gaya gesek adalah gaya antara dua permukaan yang bersentuhan dan melawan pergeseran keduanya. Inilah yang membuat buku yang meluncur akhirnya berhenti, rem bekerja, dan bahkan memungkinkanmu berjalan. Cobalah berjalan di atas es licin untuk merasakan betapa kamu membutuhkannya. Gaya gesek selalu sejajar permukaan dan melawan gerak, atau melawan gerak yang akan terjadi tanpa gesekan. OpenStax menyebutkan bahwa meskipun sangat umum, perilaku gesekan sangat rumit dan belum sepenuhnya dipahami. Karena itu, kita banyak mengandalkan aturan sederhana yang diperoleh dari percobaan.

Amati dua permukaan dengan mikroskop. Bahkan permukaan yang dipoles pun kasar dan hanya bersentuhan pada puncak tonjolan kecil. Sebagian gesekan terjadi karena tonjolan ini saling tersangkut, sedangkan sebagian besar berasal dari molekul kedua permukaan yang saling melekat pada titik sentuhnya.

Gesekan statis dan kinetis

Dorong peti berat dengan lembut, dan peti tidak bergerak. Gaya gesek statis mengimbangi doronganmu dengan tepat, sehingga resultan gayanya nol. Saat dorongan diperbesar, gesekan statis ikut bertambah sampai batas tertentu. Begitu batas itu terlampaui, peti mulai meluncur dan gaya gesek kinetis bekerja. Gesekan kinetis biasanya lebih kecil, sehingga peti yang sudah bergerak lebih mudah dipertahankan geraknya. Aturannya adalah f_s ≤ μ_s N untuk gesekan statis dan f_k = μ_k N untuk gesekan kinetis. N adalah gaya normal dan μ (huruf Yunani mu) adalah koefisien gesek pasangan permukaan tersebut.

OpenStax sengaja memberikan nilai-nilai ini dengan satu atau dua angka: gesekan berubah sesuai kebersihan, kekasaran, atau kelembapan permukaan, jadi koefisiennya berupa perkiraan. Misalkan peti bermassa 100 kg berada di lantai datar dengan μ_s = 0.45 dan μ_k = 0.30. Beratnya, dan juga gaya normalnya, adalah 100 × 9.81 = 981 N. Agar mulai bergerak, peti harus didorong dengan gaya lebih dari 0.45 × 981 ≈ 441 N. Agar terus meluncur dengan kelajuan tetap, cukup berikan gaya 0.30 × 981 ≈ 294 N.

Hal yang tidak memengaruhi gesekan

Yang mengejutkan, gesekan hampir tidak bergantung pada luas bidang sentuh. Sebuah bata mengalami gesekan yang hampir sama saat diletakkan mendatar maupun bertumpu pada sisi sempitnya. Sentuhan sebenarnya hanya terjadi pada tonjolan kecil. Tekanan yang lebih besar menambah luas sentuh sebenarnya; menyebarkan berat pada sisi yang lebih luas tidak demikian. Gesekan bergantung pada gaya normal dan jenis bahan. Pada kelajuan biasa, gaya gesek kinetis juga tidak banyak berubah terhadap kelajuan, berbeda dengan hambatan udara.

Mengukur μ dengan buku dan koin

Letakkan koin di atas buku bersampul keras, lalu miringkan buku perlahan. Pada sudut tertentu, koin mulai meluncur. Ketuk buku dan cari sudut ketika koin meluncur turun dengan kelajuan tetap. Pada sudut itu, tarikan gravitasi sepanjang bidang miring, m g sin θ, sama dengan gaya gesek kinetis, μ_k m g cos θ, sehingga μ_k = tan θ. Jika koin meluncur stabil pada 17°, μ_k ≈ tan 17° ≈ 0.31.

Gesekan juga menentukan seberapa cepat mobil dapat berhenti. Jika roda terkunci dan ban tergelincir, gaya gesek kinetis menjadi satu-satunya gaya horizontal. Jadi, perlambatannya μ_k g dan jarak tergelincirnya v² ÷ (2 μ_k g). Pada kelajuan 25 m/s (90 km/h), dengan μ_k = 0.7 di beton kering, mobil tergelincir sekitar 45.5 m; di beton basah dengan μ_k = 0.5, jaraknya sekitar 63.7 m. Model ini disederhanakan: waktu reaksi pengemudi dan rem antiterkunci pada mobil modern tidak diperhitungkan. Rem tersebut menjaga ban tetap mencengkeram jalan melalui gesekan statis.