Ketika gaya gesekan terjadi. Gesekan adalah salah satu konsep terpenting dalam dinamika.

Jika Anda mencoba memindahkan lemari berat yang penuh dengan barang-barang, maka akan segera menjadi jelas bahwa segala sesuatunya tidak sesederhana itu, dan ada sesuatu yang jelas-jelas mengganggu tujuan baik dalam menertibkan barang-barang.

Dan hambatan untuk bergerak tidak lebih dari itu kerja gaya gesekan, yang dipelajari pada mata pelajaran fisika kelas tujuh.

Kami menghadapi gesekan di setiap langkah. Dalam arti sebenarnya dari kata tersebut. Akan lebih tepat untuk mengatakan bahwa tanpa gesekan kita bahkan tidak dapat melangkah, karena gaya gesekanlah yang menahan kaki kita tetap di permukaan.

Siapa pun di antara kita tahu bagaimana rasanya berjalan di permukaan yang sangat licin - di atas es, jika proses ini bisa disebut berjalan. Artinya, kita langsung melihat keuntungan nyata dari gaya gesekan. Namun sebelum membahas tentang manfaat atau bahaya gaya gesek, mari kita simak dulu apa itu gaya gesek dalam fisika.

Gaya gesekan dalam fisika dan jenis-jenisnya

Interaksi yang terjadi pada titik kontak dua benda dan mencegah gerak relatifnya disebut gesekan. Dan gaya yang menjadi ciri interaksi ini disebut gaya gesekan.

Ada tiga jenis gesekan: gesekan geser, gesekan statis, dan gesekan menggelinding.

Gesekan statis

Dalam kasus kami, ketika kami mencoba memindahkan kabinet, kami terengah-engah, mendorong, dan tersipu, namun tidak menggerakkan kabinet satu inci pun. Apa yang membuat kabinet tetap bertahan? Gaya gesekan statis. Sekarang contoh lainnya: jika kita meletakkan tangan kita di atas sebuah buku catatan dan menggerakkannya di sepanjang meja, maka buku catatan tersebut akan bergerak seiring dengan tangan kita yang ditahan oleh gaya gesekan statis yang sama.

Gesekan statis memegang paku yang ditancapkan ke dinding, mencegah tali sepatu terlepas secara spontan, dan juga menahan lemari kita pada tempatnya agar kita yang tanpa sengaja menyandarkan bahu kita di atasnya, tidak menabrak kucing kesayangan kita yang tiba-tiba berbaring untuk tidur siang dengan tenang. dan tenang di antara lemari dan dinding.

Gesekan geser

Mari kita kembali ke lemari pepatah kita. Kami akhirnya menyadari bahwa kami tidak akan mampu memindahkannya sendirian dan memanggil tetangga untuk meminta bantuan. Akhirnya, setelah menggaruk seluruh lantai, berkeringat, menakuti kucing, namun tetap belum mengeluarkan barang dari lemari, kami memindahkannya ke sudut lain.

Apa yang kami temukan selain awan debu dan sepotong dinding yang tidak dilapisi kertas dinding? Bahwa ketika kita menerapkan gaya yang melebihi gaya gesekan statis, kabinet tidak hanya berpindah dari tempatnya, tetapi juga (dengan bantuan kita tentunya) terus bergerak lebih jauh, ke tempat yang kita butuhkan. Dan tenaga yang harus dikeluarkan untuk memindahkannya kurang lebih sama sepanjang perjalanan.

Dalam hal ini, kami terhambat gaya gesekan geser. Gaya gesekan geser, seperti gaya gesekan statis, diarahkan ke arah yang berlawanan dengan gaya yang diterapkan.

Gesekan bergulir

Dalam hal suatu benda tidak meluncur pada suatu permukaan, melainkan menggelinding, maka gesekan yang timbul pada titik kontak disebut gesekan menggelinding. Roda yang berputar sedikit ditekan ke jalan, dan terbentuk benjolan kecil di depannya, yang harus diatasi. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya gesekan guling.

Semakin keras jalan, semakin sedikit gesekan pada gelinding. Inilah sebabnya mengapa berkendara di jalan raya jauh lebih mudah dibandingkan berkendara di pasir. Dalam sebagian besar kasus, gesekan menggelinding jauh lebih kecil dibandingkan gesekan geser. Itu sebabnya roda, bantalan, dan sebagainya banyak digunakan.

Penyebab gaya gesekan

Pertama adalah kekasaran permukaan. Hal ini dipahami dengan baik dengan menggunakan contoh papan lantai atau permukaan bumi. Dalam kasus permukaan yang lebih halus, seperti es atau atap yang dilapisi lembaran logam, kekasarannya hampir tidak terlihat, tetapi ini tidak berarti bahwa kekasaran tersebut tidak ada. Kekasaran dan ketidakteraturan ini saling menempel dan mengganggu pergerakan.

Alasan kedua adalah gaya tarik menarik antarmolekul yang bekerja pada titik kontak benda-benda yang bergesekan. Namun, alasan kedua hanya muncul pada kasus bodi yang dipoles dengan sangat baik. Pada dasarnya, kita berurusan dengan penyebab pertama dari gaya gesekan. Dan dalam hal ini, untuk mengurangi gaya gesekan sering digunakan pelumas.

Lapisan pelumas, paling sering cair, memisahkan permukaan gosok, dan lapisan cairan bergesekan satu sama lain, gaya gesekannya beberapa kali lebih kecil.

Esai dengan topik “Gaya Gesekan”

Pada mata pelajaran fisika kelas tujuh diberikan kepada anak sekolah tugas menulis esai dengan topik “Gaya Gesekan”. Contoh esai tentang topik ini adalah seperti ini:

“Misalkan kita memutuskan untuk mengunjungi nenek kita dengan kereta api selama liburan. Dan mereka tidak tahu bahwa pada saat ini, tiba-tiba, tanpa alasan sama sekali, gaya gesekan menghilang. Kita bangun, bangun dari tempat tidur dan terjatuh, karena tidak ada gaya gesekan antara lantai dan kaki.

Kita mulai memakai sepatu dan tidak dapat mengikat tali sepatu, yang tidak dapat ditahan karena kurangnya gesekan. Tangganya umumnya susah, liftnya tidak berfungsi - sudah lama berada di basement. Setelah benar-benar menghitung semua langkah dengan tulang ekor saya dan entah bagaimana merangkak ke halte, kami menemukan masalah baru: tidak ada satu bus pun yang berhenti di halte.

Kami secara ajaib menaiki kereta, kami berpikir betapa indahnya - bagus di sini, lebih sedikit bahan bakar yang dikonsumsi, karena kerugian gesekan berkurang menjadi nol, kami akan sampai di sana lebih cepat. Tapi inilah masalahnya: tidak ada gaya gesekan antara roda dan rel, dan oleh karena itu, tidak ada benda yang dapat mendorong kereta! Jadi, secara umum, bukanlah takdir untuk pergi ke nenek tanpa adanya kekuatan gesekan.”

Manfaat dan bahaya gesekan

Tentu saja ini adalah fantasi dan penuh dengan penyederhanaan liris. Dalam hidup, segalanya sedikit berbeda. Namun nyatanya, meskipun terdapat kelemahan nyata dari gaya gesekan, yang menimbulkan sejumlah kesulitan bagi kita dalam hidup, jelas bahwa tanpa adanya gaya gesekan, akan ada lebih banyak masalah. Jadi kita perlu membicarakan kerugian gaya gesekan dan manfaat gaya gesekan yang sama.

Contoh aspek gaya gesekan yang berguna bisa dibilang kita bisa berjalan di tanah, pakaian kita tidak berantakan, karena benang pada kain tetap di tempatnya berkat gaya gesekan yang sama, sehingga dengan menuangkan pasir di jalan yang licin, kita meningkatkan traksi secara berurutan. untuk menghindari kecelakaan.

Dengan baik bahaya dari gaya gesekan adalah masalah perpindahan beban besar, masalah keausan permukaan gosok, serta ketidakmungkinan menciptakan mesin yang bergerak terus-menerus, karena akibat gesekan, setiap gerakan cepat atau lambat berhenti, memerlukan pengaruh eksternal yang konstan.

Orang-orang telah belajar beradaptasi dan mengurangi atau menambah gaya gesekan, tergantung kebutuhan. Ini termasuk roda, pelumasan, penajaman, dan banyak lagi. Ada banyak contoh, dan jelas tidak mungkin untuk mengatakan dengan tegas: gesekan itu baik atau buruk. Tapi itu ada, dan tugas kita adalah mempelajari bagaimana menggunakannya untuk kepentingan manusia.

Butuh bantuan dengan studi Anda?

Topik sebelumnya: Hubungan antara gravitasi dan massa benda: dinamometer.
Topik berikutnya: Gesekan di alam, kehidupan sehari-hari, dan teknologi: LEBIH BANYAK CONTOH

1. Gaya gesekan terjadi ketika benda bersentuhan langsung dan selalu diarahkan sepanjang permukaan kontak. Gaya gesekan statis muncul ketika kita menerapkan sejumlah gaya F pada benda diam yang tidak menyebabkan benda bergerak. Dalam modulus, gaya gesekan statis sama dengan gaya yang diterapkan F dan arahnya berlawanan dengan gaya yang diterapkan pada benda diam yang sejajar dengan permukaan kontaknya dengan benda lain.

2. Apakah gaya gesek statik bekerja pada meja yang berdiri di atas lantai?

2. Tidak, sampai kita memberikan gaya F padanya, yang kita ingin gunakan untuk memindahkannya.

3. Apa yang dimaksud dengan gaya tekanan? Apakah harus gravitasi?

3. Gaya tekanan merupakan gaya reaksi tumpuan, dan tidak selalu bertepatan dengan gaya gravitasi.

4. Berapa koefisien gesekannya?

4. Koefisien gesekan - koefisien proporsionalitas antara gaya gesekan statis dan gaya tekanan normal.

5. Seorang pria mendorong rak buku, tetapi rak buku itu tetap ada. Bukankah hukum kedua Newton dilanggar di sini, yang menyatakan bahwa benda yang diberi gaya mengubah kecepatannya?

5. Tidak, karena Dalam hukum Newton, gaya F berarti resultan semua gaya yang bekerja pada suatu benda. Dalam hal ini gaya yang bekerja pada kabinet diseimbangkan dengan gaya gesekan statis dan resultannya nol, sehingga percepatan dan perpindahan kabinet sama dengan nol.

Topik kodifier Ujian Negara Bersatu: gaya dalam mekanika, gaya gesekan, koefisien gesekan geser.

Gaya gesekan - ini adalah kekuatan interaksi antara benda-benda yang bersentuhan, mencegah pergerakan satu benda relatif terhadap benda lain. Gaya gesekan selalu diarahkan sepanjang permukaan benda yang bersentuhan.

Dalam fisika sekolah, ada dua jenis gesekan yang dibahas.

1.Gesekan kering. Ini terjadi di zona kontak permukaan padat tanpa adanya lapisan cair atau gas di antara keduanya.
2.Gesekan kental. Hal ini terjadi ketika benda padat bergerak dalam media cair atau gas atau ketika satu lapisan media bergerak relatif terhadap lapisan lainnya.

Gesekan kering dan kental mempunyai sifat dan sifat yang berbeda. Mari kita pertimbangkan jenis gesekan ini secara terpisah.

Gesekan kering.

Gesekan kering dapat terjadi bahkan tanpa adanya pergerakan relatif benda. Dengan demikian, sofa yang berat tetap tidak bergerak meskipun ada upaya lemah untuk memindahkannya dari tempatnya: gaya yang kita berikan pada sofa dikompensasi oleh gaya gesekan yang timbul antara sofa dan lantai. Gaya gesekan yang bekerja antara permukaan benda yang diam dan mencegah terjadinya gerak disebut gaya gesekan statis.

Mengapa gaya gesekan statis muncul? Permukaan sofa dan lantai yang bersentuhan kasar; dipenuhi tuberkel mikroskopis yang tidak terlihat dengan berbagai bentuk dan ukuran. Benjolan ini saling menempel dan mencegah sofa mulai bergerak. Gaya gesekan statis disebabkan oleh gaya tolak-menolak elektromagnetik molekul yang timbul selama deformasi tuberkel.

Dengan peningkatan gaya secara bertahap, sofa tetap tidak menyerah dan tetap berdiri - gaya gesekan statis meningkat seiring dengan peningkatan pengaruh eksternal, namun besarnya tetap sama dengan gaya yang diterapkan. Hal ini dapat dimengerti: deformasi tuberkel meningkat dan gaya tolak menolak molekulnya meningkat.

Akhirnya, dengan sejumlah gaya luar, sofa bergerak dari tempatnya. Gaya gesekan statis mencapai nilai maksimum yang mungkin. Deformasi tuberkel menjadi sangat besar sehingga tuberkel tidak tahan dan mulai runtuh. Terjadi pergeseran.

Gaya gesek yang bekerja antar permukaan geser disebut gaya gesek geser. Selama proses geser, ikatan antar molekul dalam tuberkel permukaan yang saling bertautan terputus. Dengan gesekan statis tidak ada diskontinuitas seperti itu.

Penjelasan tentang gesekan kering dalam kaitannya dengan tuberkel sesederhana dan sejelas mungkin. Mekanisme gesekan sebenarnya jauh lebih kompleks, dan pertimbangannya melampaui lingkup fisika dasar.

Gaya gesekan geser yang diterapkan pada benda dari sisi permukaan kasar diarahkan berlawanan dengan kecepatan gerak benda relatif terhadap permukaan tersebut. Ketika arah kecepatan berubah, arah gaya gesekan juga berubah. Ketergantungan gaya gesekan pada kecepatan adalah perbedaan utama antara gaya gesekan dan gaya elastisitas dan gravitasi (yang besarnya hanya bergantung pada posisi relatif benda, yaitu pada koordinatnya).

Dalam model gesekan kering yang paling sederhana, hukum berikut dipenuhi. Ini adalah generalisasi fakta eksperimental dan bersifat perkiraan.

1. Nilai maksimum gaya gesek statik sama dengan gaya gesek geser.
2. Nilai absolut gaya gesek geser berbanding lurus dengan gaya reaksi tumpuan:

Koefisien proporsionalitas disebut koefisien gesekan.

3. Koefisien gesekan tidak bergantung pada kecepatan gerak benda pada permukaan kasar.
4. Koefisien gesekan tidak bergantung pada luas permukaan yang bersentuhan.

Undang-undang ini cukup untuk menyelesaikan masalah.

Tugas. Sebuah balok bermassa kg terletak pada permukaan kasar mendatar. Koefisien gesekan. Sebuah gaya horizontal diterapkan pada balok. Temukan gaya gesekan dalam dua kasus: 1) pada 2) pada .

Solusi: Mari kita buat gambar dan atur gaya-gayanya. Kami menunjukkan gaya gesekan (Gbr. 1).

Beras. 1. Untuk tugas

Mari kita tuliskan hukum kedua Newton:

(1)

Balok tidak bergerak sepanjang porosnya. Memproyeksikan persamaan (1) ke sumbu, kita memperoleh: , dari mana .

Nilai maksimum gaya gesek statis (juga dikenal sebagai gaya gesek geser) adalah sama dengan

1) Gayanya kurang dari gaya gesek statis maksimum. Balok tetap di tempatnya, dan gaya geseknya akan menjadi gaya gesek statis:
2) Gayanya lebih besar dari gaya gesek statis maksimum. Balok akan mulai meluncur, dan gaya geseknya akan menjadi gaya gesek geser: .

Gesekan kental.

Gaya hambatan yang timbul ketika suatu benda bergerak dalam medium kental (cair atau gas) mempunyai sifat yang sangat berbeda.

Pertama, tidak ada gaya gesekan statis. Misalnya, seseorang dapat memindahkan kapal terapung berbobot banyak hanya dengan menarik tali.

Kedua, kekuatan perlawanan bergantung pada bentuk benda yang bergerak. Lambung kapal selam, pesawat terbang, atau roket memiliki bentuk ramping berbentuk cerutu untuk mengurangi gaya hambat. Sebaliknya, ketika benda setengah bola bergerak dengan sisi cekung ke depan, gaya tariknya sangat besar (misalnya parasut).

Ketiga, nilai absolut gaya hambat sangat bergantung pada kecepatan. Pada kecepatan rendah, gaya hambatan berbanding lurus dengan kecepatan:

Pada kecepatan tinggi, gaya hambat berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan:

Misalnya, ketika jatuh di udara, ketergantungan gaya hambatan pada kuadrat kecepatan sudah terjadi pada kecepatan sekitar beberapa meter per detik. Koefisien dan bergantung pada bentuk dan ukuran benda, pada sifat fisik permukaan benda dan media kental.

Jadi, selama lompat jauh, penerjun payung tidak menambah kecepatan tanpa batas waktu, tetapi dari saat tertentu mulai jatuh dengan kecepatan tetap, di mana gaya hambatan menjadi sama dengan gaya gravitasi:

Oleh karena itu kecepatan tetapnya:

(2)

Tugas. Dua bola logam, yang ukurannya sama dan massanya berbeda, jatuh tanpa kecepatan awal dari ketinggian yang sama. Bola mana yang akan jatuh ke tanah lebih cepat - ringan atau berat?
Larutan. Dari rumus (2) dapat disimpulkan bahwa bola yang berat memiliki kecepatan jatuh pada kondisi tunak yang lebih tinggi. Artinya, dibutuhkan waktu lebih lama untuk menambah kecepatan sehingga mencapai tanah lebih cepat.

Gaya gesekan (Ftr.) adalah gaya yang timbul ketika permukaan dua benda bersentuhan dan mencegah pergerakan relatifnya. Hal itu muncul akibat gaya elektromagnetik yang ditimbulkan oleh atom dan molekul pada titik kontak kedua benda tersebut.

Untuk menghentikan suatu benda bergerak, gaya harus bekerja berlawanan arah dengan arah geraknya. Misalnya, jika Anda mendorong sebuah buku ke seberang meja, buku itu akan mulai bergerak. Kekuatan yang Anda terapkan pada buku akan menggerakkannya. Buku meluncur, lalu melambat dan berhenti akibat gesekan.

Fitur gaya gesekan

Gesekan yang disebutkan di atas, yang muncul ketika benda bergerak, disebut gesekan eksternal atau kering. Tapi bisa juga ada di antara bagian atau lapisan suatu benda (cair atau gas, jenis ini disebut internal);
Ciri utamanya adalah ketergantungan gesekan pada kecepatan gerak relatif benda.
Ada ciri khas lainnya:

kejadian ketika dua benda bergerak bersentuhan dengan permukaan;
aksinya sejajar dengan area kontak;
diarahkan berlawanan dengan vektor kecepatan benda;
tergantung pada kualitas permukaan (halus atau kasar) dan benda-benda yang berinteraksi;
Bentuk atau ukuran suatu benda yang bergerak dalam gas atau cairan mempengaruhi besarnya gaya gesekan.

Jenis gesekan

Ada beberapa jenis. Mari kita lihat perbedaannya. Sebuah buku yang meluncur di atas meja dipengaruhi oleh gesekan geser.

Gaya gesekan geser

Dimana N adalah gaya reaksi dasar.

Harap perhatikan beberapa situasi:

Jika seseorang mengendarai sepeda, maka gesekan yang terjadi pada saat roda bersentuhan dengan jalan adalah gesekan menggelinding.

Jenis gaya ini jauh lebih kecil dibandingkan gaya gesek geser.

Gaya gesekan bergulir

Nilai yang jauh lebih kecil dari gaya jenis ini digunakan oleh orang-orang yang menggunakan roda, roller, dan bantalan bola di berbagai bagian perangkat yang bergerak.

Charles Augustin Coulomb, dalam karyanya tentang teori gesekan, mengusulkan untuk menghitung gaya gesekan menggelinding sebagai berikut:
dimana λ adalah koefisien gesekan gelinding, R adalah jari-jari roller atau roda, P adalah berat benda.

F tr. p. bertindak sebagai respons terhadap gaya-gaya yang cenderung menyebabkan gerak suatu benda diam. Jika tidak ada pengaruh luar pada benda diam, maka besar gaya tersebut adalah nol. Jika muncul pengaruh luar (F), maka gaya gesekan statis meningkat hingga maksimum, dan kemudian benda mulai bergerak. Besarnya gaya gesek geser praktis sama dengan gaya gesek statik maksimum.

,
μ - koefisien gesekan.
Pelumas, paling sering dalam bentuk lapisan tipis cairan, mengurangi gesekan.
Cairan atau gas adalah media khusus di mana gaya semacam ini juga memanifestasikan dirinya. Dalam lingkungan ini, gesekan hanya terjadi ketika benda bergerak. Tidak mungkin membicarakan kekuatan gesekan statis pada media ini.

Gaya gesekan pada zat cair dan gas

Jenis gaya ini disebut gaya hambatan medium. Ini memperlambat pergerakan suatu benda. Bentuk benda yang lebih ramping mempengaruhi besarnya gaya hambat – berkurang secara signifikan. Oleh karena itu, dalam pembuatan kapal, digunakan lambung kapal atau kapal selam yang ramping.
Kekuatan resistensi medium bergantung pada:

dimensi geometris dan bentuk benda;
viskositas media cair atau gas;
keadaan permukaan benda;
kecepatan suatu benda relatif terhadap lingkungan di mana benda itu berada.