Laporan Praktikum

Gesekan Pada Bidang Miring

BAB I

PENDAHULUAN

A. Tujuan Percobaan

1. Mencari koefisien gesekan statis dan kinetis benda yang bergerak

meluncur pada bidang miring

2. Mencari percepatan dan kecepatan benda yang bergerak meluncur pada

bidang miring

B. Dasar Teori

Jika Sebuah benda yang terletak pada bidang datar dan tidak ada gaya

yang kita berikan pada benda tersebut maka akan terjadi kesetimbangan

antara gaya-gaya benda (W) tersebut dengan gaya reaksi yang dilakukan oleh

permukaan yang arahnya berlawanan dengan gaya berat benda, gaya ini

dikenal sebagai gaya normal (N). Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 1.

Gambar 1

1

Apabila bidang datar tersebut sedikit demi sedikit dimiringkan maka

pada benda bekerja yang disebabkan oleh komponen gaya berat yang

arahnya ke bawah. Sebagai reaksinya persentuhan antara benda dengan

bidang miring timbul gaya reaksi berupa gaya gesek. Gaya gesek antara dua

buah benda padat terbagi dua, yaitu gaya gesek statis dan dan gaya gesek

kinetis. Bekerjanya gaya gesek ini dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2

Ketika sudut kemiringan masih kecil sehingga besarnya gaya gesek

masih besar dari gaya ke bawah, maka benda tetap diam. Tetapi jika sudut

diperbesar maka suatu ketika gaya gesek (Ggesek) akan sama dengan gaya ke

bawah.

1. Fgesek = W sin ………………………………………………………………………….(Rumus 1)

W = gaya berat benda

= sudut kemiringan

Gaya gesek yang bekerja sejak bidang datar mulai dimiringkan hingga

benda saat akan bergerak dikenal dengan gaya gesek statis. Besarnya

gaya gesek statis ini adalah :

2. Fgesek statis = μs . N………………………………………………………………………..(Rumus 2)

2

μs = koefisien gesek statis

N = gaya normal = W cos

Pada saat benda akan bergerak, Fgesek statis mencapai nilai maksimum.

Dengan menggabungkan rumus (1) dan rumus (2), maka :

3. μs = W sin α

N=

W sin α

W cos α= tg α……………………………………………………(Rumus 3)

μs akan semakin besar jika permukaan benda makin kasar. Sebaliknya μs

semakin kecil jika permukaan semakin halus atau licin. Apabila sudut

kemiringan diperbesar lagi maka benda akan meluncur ke bawah,

permukaan benda dengan permukaan bidang akan menimbulkan gaya

gesek kinetis dan besar gaya ini adalah :

4. Fgesek kinetis = µk . N……………………………………………………………………….(Rumus 4)

µk = koefisien gesek kinetis

5. F = W sin . µk . N

= m.g sin . µk . m.g cos

Menurut hukum Newton II, F = m.a

Jadi,

m.a = μs sin - µk . m.g cos

6. μk =g sin α− a

g cos α

7. a = 2 St

t2

8. Kecepatan benda saat mencapai ujung bidang luncur adalah :

V = a . t

3

4

BAB II

Alat dan Bahan

A. Alat

Alat – alat yang digunakan antara lain :

1. Bidang luncur dengan panjang 100cm dan tinggi 50cm

2. Stopwatch

3. Mistar

4. Balok A, B dan C

5. Lembaran hamplas

B. Bahan

-

5

BAB III

Metode Percobaan

Dalam percobaan gesekan pada bidang miring ini, metode yang

digunakan adalah :

1. Diletakkan balok di atas bidang luncur pada tempat yang sudah diberi tanda.

Diukur pula panjang lintasan yang akan dilalui oleh benda (St).

2. Diangkat bidang luncur perlahan-lahan hingga balok pada kondisi akan

meluncur. Diukur pula posisi vertikal balok (y) dan horizontal balok (x).

3. Diangkat bidang luncur sedikit ke atas lagi hingga balok meluncur. Dengan

menggunakan stopwatch, diukur waktu yang diperlukan balok selama

meluncur sepanjang lintasan.

4. Diulangi poin 1 sampai 3 masing-masing sebanyak 3kali untuk balok A, balok

B, dan balok C.

5. Dihitung :

a. panjang lintasan yang dilalui balok (r)

b. sudut-sudutnya (sin θ, cos θ, dan θ)

c. koefisien gesek statis (µs)

d. koefisien gesek kinetis (µk)

e. percepatan (a)

f. kecepatan balok saat mencapai ujung bawah bidang luncur (v)

6

BAB IV

Data Pengamatan dan Perhitungan

Keadaan ruangan P ( cmHg ) T ( ºC ) C ( % )

Sebelum percobaan 74,6 28 77

Sesudah percobaan 74,6 28 77

A. Data Pengamatan

1. Balok A

Massa balok A (m) = 124.6 gram

Panjang lintasan (St) = 100cm

No x

(cm) y

(cm) r

(cm) t (s) sin θ

cos θ

μs μk a

(m/s2) v

(m/s) θ

1 51 26 57.25 1.9 0.45 0.89 0.51 0.44 55.4 105.26 26.7

2 55.8 26.5 61.77 1.3 0.43 0.9 0.48 0.34 118.34 153.84 25.5

3 53.7 26 59.66 1.2 0.44 0.9 0.49 0.33 138.89 166.67 26.1

x 53.5 26.17 59.56 1.47 0.44 0.9 0.49 0.37 104.21 141.92 26.1

2. Balok B

Massa balok B (m) = 124.4gram

Panjang lintasan (St) = 100cm

No x

(cm) y

(cm) r

(cm) t (s) sin θ

cos θ

μs μk a

(m/s2) v

(m/s) θ

1 65.9 25.8 70.77 3.3 0.36 0.93 0.39 0.37 18.36 60.59 21.1

2 71 26.2 75.68 4.5 0.35 0.94 0.37 0.36 9.88 44.46 20.5

3 66 25.8 70.86 3.2 0.36 0.93 0.39 0.37 19.53 62.5 21.1

x 67.63 25.93 72.44 3.67 0.36 0.93 0.38 0.37 15.92 55.85 20.9

7

3. Balok C

Massa balok C (m) = 13.9 gram

Panjang lintasan (St) = 100cm

No x

(cm) y

(cm) r

(cm) t

(s) sin θ

cos θ

μs μk a

(m/s2) v

(m/s) θ

1 63.7 25.8 68.73 2.5 0.38 0.93 0.41 0.37 32 80 22.33

2 60.4 25.9 65.72 1.6 0.39 0.92 0.42 0.34 78.13 125.01 22.95

3 62.5 25.8 67.62 2.2 0.38 0.92 0.41 0.37 41.32 90.9 22.33

x 62.2 25.83 67.36 2.1 0.38 0.92 0.41 0.36 50.48 98.64 22.63

B. Perhitungan

Rumus yang digunakan :

1. 𝑟2 = 𝑥2 + 𝑦2

𝑟 = 𝑥2 + 𝑦2

2.

sin 𝜃 = 𝑦

𝑟

cos𝜃 = 𝑥

𝑟

tan 𝜃 = 𝑦

𝑥

3. μs = koefisien gesek statis

𝜇𝑠 = 𝐹

𝑁= 𝑊 sin𝜃

𝑊 cos 𝜃=

sin𝜃

cos 𝜃= tan𝜃

8

4. μk = koefisien gesek kinetik

𝐹 = 𝑚𝑎

𝐹 − 𝑓𝑘 = 𝑚𝑎

𝑊 sin𝜃 − 𝜇𝑘 .𝑁 = 𝑚𝑎

𝑚.𝑔 sin 𝜃 − 𝜇𝑘 𝑊 cos𝜃 = 𝑚𝑎

𝑚.𝑔 sin 𝜃 − 𝜇𝑘 𝑚.𝑔 cos𝜃 = 𝑚𝑎

𝑔 sin𝜃 − 𝜇𝑘 𝑔 cos 𝜃 = 𝑎

𝑔 sin𝜃 − 𝑎 = 𝜇𝑘 𝑔 cos𝜃

𝜇𝑘 = 𝑔 sin 𝜃 − 𝑎

𝑔 cos 𝜃

5. Percepatan

𝑆𝑡 = 𝑣0 + 1

2𝑎𝑡2

𝑆𝑡 = 1

2 𝑎𝑡2

𝑎 = 2𝑆𝑡𝑡2

6. Kecepatan

𝑣𝑡 = 𝑣0 + 𝑎. 𝑡

𝑣 = 𝑎. 𝑡

9

BAB V

PEMBAHASAN

Gaya gesek adalah gaya yang timbul akibat persentuhan langsung antara

dua permukaan benda dengan arah berlawanan terhadap kecenderungan arah

gerak benda. Besar gaya gesekan tergantung pada kekasaran permukaan sentuh.

Semakin kasar permukaan, maka semakin besar gaya gesekan yang timbul.

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 (μs )

dikalikan dengan gaya normal (N).

fs = μs 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 (atau dinamis) terjadi ketika dua benda bergerak

relatif satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis

10

umumnya dinotasikan dengan μk dan pada umumnya selalu lebih kecil dari gaya

gesek statis untuk material yang sama.

Misalnya sebuah balok yang beratnya W diletakkan pada lantai. Balok

memberikan gaya tekan pada lantai sebesar W.

Gaya tekan ini diimbangi oleh lantai dengan memberikan gaya normal N

(N=W) sehingga benda dalam keadaan seimbang(diam). Pada balok kemudian di

berikan gaya F cukup kecil, balok masih diam (seimbang). Karena gaya F masih

dapat diimbangi oleh gaya gesek fs. Gaya gesek yang timbul pada balok yang

masih diam ini disebut gaya gesek statif (fs). Bila gaya F diperbesar, gaya fs pun

makin besar selama balok itu masih diam.

Bila gaya F terus diperbesar, suatu saat fs akan mencapai harga

maksimumnya(fsm), saat ini balok tepat saat akan bergerak, artinya bila gaya F

ditambah lagi sedikit saja, maka benda akan bergerak.

Ketika balok sudah bergerak, gaya geseknya lebih kecil dari pada gaya

gesek statis maksimum. Gaya gesek yang timbul saat benda sudah bergerak

disebut gaya gesek kinetis(fk).

11

Hukum yang berlaku pada percobaan ini adalah hukum Newton I dan

hukum Newton II.

Hukum Newton I berbunyi “Jika resultan gaya pada suatu benda sama

dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan terus diam. Sedangkan,

benda yang mula-mula bergerak, akan terus bergerak dengan kecepatan tetap''.

Sehingga hukum Newton I dapat diinterpretasikan bahwa sebuah benda akan

tetap berada dalam keadaan diam atau akan terus bergerak, kecuali jika dipaksa

berubah dengan menerapkan gaya luar ke benda tersebut.

Hukum Newton II berbunyi “Jika suatu gaya total bekerja pada benda,

maka benda akan mengalami percepatan, di mana arah percepatan sama

dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Vektor gaya total sama dengan

massa benda dikalikan dengan percepatan benda”. Secara matematis, hukum

Newton II dinyatakan sebagai berikut :

ΣF = m.a

Gaya gesek timbul karena ada kontak antara dua permukaan yang kasar,

yaitu permukaan benda yang cenderung akan bergerak atau sedang bergerak

dan permukaan lantai yang ditindihnya. Gaya gesek sifatnya selalu melawan gaya

yang cenderung menggerakkan benda. Karena itu arah gaya gesek selalu

berlawanan dengan arah kecenderungan gerak benda. Gaya gesek ini dapat

terjadi pada:

1. gaya gesek antara zat padat dengan zat padat (kayu dengan kayu)

2. gaya gesek antara zat cair dengan zat padat (kelereng dengan oli)

Ketika benda cenderung akan bergerak tetapi belum bergerak, maka gaya

geseknya ini disebut gaya gesek statis. Ketika benda sudah dalam keadaan

bergerak, maka gaya geseknya ini disebut gaya gesek kinetis.

12

Mengenai gaya gesek statis:

1. Selama benda belum bergerak, gaya gesek statis besarnya mengikuti besar

gaya dorong atau gaya tarik yang cenderung menggerakkan benda.

2. Besar gaya gesek statis memiliki batas maksimum yang besarnya tergantung

pada kekasaran permukaan benda dan gaya kontak antara lantai dan benda

(atau yang sering disebut sebagai gaya normal).

3. Semakin kasar permukaan benda atau permukaan lantainya, semakin besar

pula gaya gesek statis maksimumnya.

Mengenai gaya gesek kinetis:

1. Gaya gesek ini terjadi pada saat benda bergerak.

2. Besar gaya gesek kinetis ini konstan dan selalu lebih kecil dari besar gaya

gesek statis maksimum.

3. Gaya gesek yang konstan ini besarnya juga tergantung pada kekasaran

permukaan benda dan lantai dan besar gaya kontak antara lantai dan benda.

Semakin kasar permukaan benda atau permukaan lantainya, semakin besar

pula gaya gesek kinetis.

Ditekankan bahwa besar gaya gesek kinetis ini selalu lebih kecil dari besar

gaya gesek statis maksimum. Karena itu, ketika mendorong benda di atas

permukaan yang kasar, pada saat benda belum bergerak harus memberikan gaya

dorong yang cukup besar untuk membuatnya bergerak. Tetapi ketika benda

sudah bergerak, gaya dorong bisa dikurangi tanpa membuatnya berhenti

bergerak.

Rumus untuk koefisien gesek statik sering dinyatakan dengan:

μs = tan θ

Rumus tersebut merupakan rumus yang digunakan sebagai cara untuk

mengukur koefisien gesek. Apabila terdapat sebuah benda, dalam praktikum ini

digunakan balok kayu, lalu ingin mengetahui berapa koefisien gesek statik antara

13

balok kayu dengan permukaan bidang luncurnya yang terbuat dari kayu pula,

maka cara mengetahuinya adalah dengan meletakkan balok kayu tersebut di atas

permukaan bidang luncur kayu. Kemudian permukaan kayu itu kita miringkan

terhadap horizontal sedikit demi sedikit. Pada saat awal (sudut kemiringan kecil),

balok kayu tidak akan bergerak, tetapi setelah terus dimiringkan, pada sudut

kemiringan tertentu (θ) balok kayu akan mulai mulai bergerak, nah tan θ inilah

yang merupakan nilai μs.

Terlihat bahwa nilai sudut θ adalah spesial, tidak bisa divariasikan

sembarangan, hanya terdapat satu nilai θ untuk koefisien gesek statik antara

balok kayu dan bidang luncur kayu. Hal ini mengakibatkan bahwa rumus diatas

tidak bisa dipahami sebagai hubungan ketergantungan antara μs terhadap θ.

Rumus itu memberitahu bagaimana cara mengukur μs.

Pada bidang miring, koefisien gesek statik dinyatakan dengan μs = tan θ,

dimana θ adalah sudut kemiringan. Secara matematis ini ekuivalen. Koefisien

gesek tidak dipengaruhi oleh kecepatan, luas permukaan bidang gesek, dan gaya

normal.

Kecepatan tidak mempengaruhi besarnya koefisien gesek. Karena, untuk

kelajuan sampai beberapa m/s, besarnya koefisien gesek kinetis sama atau

hampir sama. Gaya gesek juga tidak tergantung pada luas permukaan bidang

gesek. Karena selama kekasaran permukaan benda adalah sama dan merata

(homogen), maka besar gaya geseknya sama. Selain itu, gaya normal juga tidak

mempengaruhi koefisien gesek. f = μ N, ini berarti bahwa gaya gesek

proporsional terhadap gaya normal yang dialami oleh benda tersebut. Tetapi

tidak berlaku untuk kebalikannya, gaya normal tidak dapat dinyatakan sebagai N

= f / μ, meskipun secara matematis ini ekuivalen. Gaya normal tidak dipengaruhi

oleh gesekan, melainkan murni berasal dari persentuhan benda dengan bidang.

14

BAB VI

SIMPULAN

Gaya gesek dibedakan menjadi dua macam yaitu gaya gesek statis (fs)

dan gaya gesek kinetis (fk). Gaya gesek statis terjadi pada saat benda masih diam

dan saat benda akan bergerak. Gaya gesek kinetis terjadi pada saat benda sudah

bergerak. Gaya gesek kinetis lebih kecil dari pada gaya gesek statis (fk< fs).

Kekasaran permukaan benda mempengaruhi koefisien gesekannya. Semakin

kasar permukaan benda yang bergesekan, semakin besar pula koefisien

gesekannya. Koefisien gesekan bergantung pada kekasaran dari permukaan

kedua benda yang bersentuhan.

15

TUGAS AKHIR

1. Apa yang dapat anda simpulkan hubungan antara kekasaran balok (koefisien

gesek statis) dengan sudut kemiringan bidang luncur.

Jawab :

Koefisien gesek statik hanya tergantung pada jenis bahan-bahan yang

bergesekan. Namun, Rumus μ = tan θ sering dipahami bahwa koefisien gesek

statik (μ) tergantung pada besarnya sudut kemiringan bidang (θ).

Berdasarkan percobaan, didapatkan hasil bahwa koefisien gesek statis

berbanding lurus dengan sudut kemiringan bidang luncur. Semakin besar

sudut kemiringan bidang luncur, maka koefisien gesek statis akan semakin

besar.

2. Jika dua balok yang beratnya berbeda tetapi kekasarannya sama, apa yang

dapat anda simpulkan mengenai :

a. Sudut kemiringannya

b. Percepatannya (pada yang sama)

c. Kecepatannya pada jarak tempuh dan waktu yang sama. Perkuat

pendapat Anda dengan rumus-rumus yang berlaku pada teori

Jawab :

Jika balok yang beratnya berbeda tetapi kekasarannya sama, maka sudut

kemiringan dipastikan sama atau berdekatan namun percepatan dan

kecepatannya belum tentu sama.

Rumus μ = tan θ sering dipahami bahwa koefisien gesek statik (μ) tergantung

pada besarnya sudut kemiringan bidang (θ).

Kecepatan tidak mempengaruhi besarnya koefisien gesek. Karena, untuk

kelajuan sampai beberapa m/s, besarnya koefisien gesek kinetis sama atau

hampir sama.