Mekanika Teknik Gaya Gesek


KATA PENGANTAR
            Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada Allah SWT, saya bisa menyelesaikan makalah tentang Logam untuk penyelesaian tugas dari mata kuliah ilmu bahan.
Saya mengucapkan terimakasih kepada semua yang telah membantu pembuatan makalah ini, sehingga makalah ini bisa selesai.Walaupun makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, maka dari itu saya berharap kepada Bapak Dosen untuk memberikan kritik dan saran untuk penyempurnaan makalah tentang Logam non ferro ini.
Sebagai penulis dari makalah ini saya berharap makalah ini bisa bermanfaat bagi kita semua. Akhirnya saya mengucapkan atas perhatian dari semua pihak, saya ucapkan terima kasih.

Medan, 28 november 2015
Penulis


BAB I
PENDAHULUAN
1.      Latar Belakang Masalah
Pernahkah anda jatuh terpeleset karena menginjak sesuatu yang licin? Kita bisaterpeleset ketika menginjakkan kaki pada sesuatu yang licin karena tidak ada gayagesek yang bekerja. Tanpa gaya gesek, kita tidak akan bisa berjalan, roda sepedamotor atau mobil juga tidak akan bisa berputar. Demikian juga berita di televisi dan surat kabar yang mengatakan bahwa pesawat terbang tergelincir merupakan salah satu bukti. Kehidupan kita sehari-hari tidak terlepas dari bantuan gaya gesekan, walaupunterkadang kita tidak menyadarinya. Dalam pembahasan mengenai hukum Newton,kita akan selalu berhubungan dengan gaya gesekan.
Secara umum, gaya didefinisikan sebagai sesuatu yang dapat mengubahkeadaan 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). Di dalam ilmu fisika, gaya atau kakas adalah apapun yang dapat menyebabkan sebuah benda bermassa mengalami percepatan, salah satunya adalah adalah gaya gesek. Manfaat gaya gesek sangat besar dalam kehidupan manusia. Disamping itu, gaya gesek juga menimbulkan kerugian bagi kehidupan manusia. Pengetahuan manusia tentang gaya gesek, macam-macam gaya gesek, manfaat, dan kerugian gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari masih sangat minim. Untuk itu dalam makalah ini penulis akan memaparkan secara rinci mengenai gaya gesek, macam-macam gaya gesek, manfaat, dan kerugian gaya gesek bagi kehidupan manusia.
      2.      Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas dapat diambil beberapa identifikasi masalah, antara lain sebagai berikut:
  1. Apa saja kerugian gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari?
  2. Apa saja keuntungan gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari?
  3. Bagaimana cara memperkecil gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari?
      3.      Tujuan
  1. Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah agar :
  2. Mengetahui kerugian gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.
  3. Mengetahui keuntungan gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.
  4. Mengetahui cara memperkecil gaya gesekan dalam kehidupan sehari-hari.

BAB II
PEMBAHASAN

     A.   Gaya Gesekan dan Gerak Benda
Apabila ada dua benda yang berinteraksi melalui kontak atau sentuhan langsung pada permukaannya , maka akan selalu timbul suatu gaya yang disebut gaya kontak . Gaya kontak ini memiliki komponen yang sejajar dengan permukaan sentuh yang secara khusus disebut gaya gesekan , sedangkan komponen lain yang tegak lurus dengan permukaan sentuh disebut disebut gaya normal . Karena arah gaya gesekan sejajar dengan permukaan sentuh , maka akan mempengaruhi gerak suatu benda . Arah gaya gesekan ini selalu berlawanan dengan arah gerak benda sehingga bersifat menghambat gerak benda . Bagaimana peranan gaya normal terhadap gerak benda ? Walaupun gaya normal arahnya tegak lurus dengan arah gerak benda , namun gaya normal memberikan pengaruh  pada besarnya gaya gesekan . Semakin besar gaya normal , maka semakin besar pula gaya gesekan yang terjadi .
Besar gaya gesekan disamping bergantung pada gaya normal , juga sangat bergantung pada kekasaran permukaan sentuh . Semakin kasar permukaan sentuh , umumnya semakin besar gaya gesekan yang timbul . Hal ini menjelaskan mengapa terjadi perbedaan jarak yang ditempuh oleh kelereng pada saat menggelinding di lantai berkarpet dan di lantai berkeramik .
Secara sepintas kita memperoleh kesan bahwa setiap gaya gesekan akan bersifat merugikan . Akan tetapi , bila kita perhatikan , tidak sedikit keuntungan yang akan kita peroleh dengan adanya gaya gesekan ini . Sebagai contoh , memang benar gesekan antara roda dan porosnya akan mengurangi laju mobil , namun mungkinkah mobil bisa bergerak tanpa adanya gaya gesekan antara ban mobil dan permukaan jalan ?

     B.   Pengertian 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.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.Gaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan. 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 tidak lagi demikian.

    C.   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).

    D.   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 atau gaya viskos (viscous force).

A.    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.

fs ≤  µs N


Keterangan :
                     fs = gaya gesekan statis maksimum
                     N = gaya normal
                     µs = koefisien gesekan statis

B.     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.Apa yang akan terjadi apabila kita berjalan di lantai yang licin? Mengapa kita merasakan kesulitan apabila berjalan di atas lantai yang licin. Permasalahan ini berhubungan dengan gaya gesekan.Gaya gesek atau gaya gesekan merupakan gaya yang ditimbulkan oleh dua pemukaan yang saling bersentuhan. Lantai yang licin membuat kita sulit berjalan di atasnya karena gaya gesekan yang terjadi antara kaki kita dengan lantai sangat kecil.
Untuk menggerakkan balok kayu di atas lantai dibutuhkan gaya yang dapat mengatasi gaya gesekan statis (fs). Setelah bergerak, gaya itu mempertahankan gerak benda dan digunakan untuk mengatasi gaya gesekan kinetisnya (fk). Sehingga hanya diperlukan gaya yang lebih kecil daripada gaya yang digunakan untuk mulai menggerakkannya. Setelah bergerak, gaya gesek statis (fs) berkurang sdikit demi sedikit dan berubah menjadi gaya gesekan kinetis (fk). Sehingga, besar gaya kinetis selalu lebih besar daripada gaya gesekan statis maksimum.
            fk < fsmaks
gaya gesekan kinetis mencerminkan hubungan relatif antara dua permukaan yang melakukan kontak.
fk ≤  µkN

Keterangan :
                     fk = gaya gesekan kinetis maksimum
               µk = koefisien gesek kinetis
                N = gaya normal

C.    Nilai Koefisien Gesekan Statis dan Kinetis
NO
Permukaan
Koefisien Gesekan
Statiss)
Koefisien Gesekan
Kinetis k)
1
Karet pada beton basah
0,03
0,25
2
Teflon pada baja
0,04
0,04
3
Teflon pada teflon
0,04
0,04
4
Kuningan pada baja
0,51
0,44
5
Tembaga pada baja
0,53
0,36
6
Aluminium pada baja
0,61
0,47
7
Tembaga pada kaca
0,68
0,53
8
Baja pada baja
0,74
0,57
9
Seng pada besi cor
0,85
0,21
10
Kaca pada kaca
0,94
0,40
11
Karet pada beton(kering)
1,00
0,80
12
Tembaga pada besi cor
1,05
0,29
13
Kayu pada kayu
0,40
0,20
14
Kayu pada baja
0,70
0,40
15
Kayu pada salju
0,08
0,06
16
Baja pada baja
0,74
0,57
17
Aluminium pada baja
0,61
0,47
18
Tembaga pada baja
0,53
0,36
19
Kaca pada kaca
0,94
0,40
20
Tembaga pada kaca
0,64
0,53
21
Teflon pada Teflon
0,04
0,04
22
Teflon pada baja
0,04
0,04
23
Karet pada beton(kering)
1,00
0,80
24
Karet pada beton (berair)
0,30
0,25
25
Bola gotri yang diberi oli
< 0,01
< 0,01

    E.   Keuntungan dan Kerugian Akibat Gaya Gesekan

Seperti sudah di jelaskan didepan , di samping memberikan dampak yang merugikan , gaya gesekan juga memberikan dampak yang menguntungkan . Berikut ini adalah berbagai keuntungan dan kerugian akibat adanya gaya gesekan dalam kehidupan sehari – hari .

1.      Gaya gesekan yang menguntungkan
Kita dapat berjalan karena terdapat gaya gesek antara permukaan sandal atau sepatu dengan permukaan tanah. Jika anda tidak biasa menggunakan alas kaki, gaya gesek tersebut bekerja antara permukaan bawah kaki dengan permukaan tanah atau lantai. Alas sepatu atau sandal biasanya kasar / bergerigi alias tidak licin. Para pembuat sepatu dan sandal membuatnya demikian karena mereka sudah mengetahui konsep gaya gesekan. Demikian juga alas sepatu bola yang dipakai oleh pemain sepak bola, yang terdiri dari tonjolan-tonjolan kecil. Apabila alas sepatu atau sandal sangat licin, maka anda akan terpeleset ketika berjalan di atas lantai yang licin atau gaya gesek yang bekerja sangat kecil sehingga akan mempersulit gerakan anda. Ini merupakan contoh gaya gesek yang menguntungkan.
berikut beberapa keuntungan dari gaya gesek :
·         Seorang dapat berjalan di atas tanah , karena ketika telapak kaki menekan tanah ke arah belakang , ada gaya gesekan antara telapak kaki dan permukaan tanah yang menimbulkan reaksi , di mana tanah mendorong telapak kaki ke depan .
·         Gesekan pada piringan rem sepeda motor atau gesekan antara rem karet dan pelek sepeda digunakan untuk proses pengereman .
·         Gesekan udara pada parasut yang terbentang memungkinkan penerjun dapat mendarat di tanah dengan selamat .
·         Ban mobil dibuat bergerigi sehingga terjadi gesekan antara ban dan permukaan jalan untuk memutar ban dan menghindari mobil tergelincir ketika jalanan licin .
·         Jalan raya dibuat permukaannya kasar agar terjadi gaya gesekan antara ban mobil dan permukaan jalan raya sehingga mobil dapat bergerak atau tidak mudah tergelincir.
·         Sepatu olah raga telapaknya dibuat kasar agar pemain olah raga tidak mudah terpeleset.
·         Gesekan terjadi ketika sebuah tuas rem ditekan sehingga bantalan rem membuat gerakan roda melambat, ketika sebuah kapal boat melaju di atas air, dan ketika penerjun bebas jatuh di angkasa.
·         Jika tidak terdapat gesekan, maka kapan saja Anda berjalan, maka Anda akan terpeleset seperti ketika Anda berjalan di atas es.
·         Tanpa gesekan, roda mobil tidak akan dapat berputar dan mobil pun tidak dapat bergerak.
·         Anda juga tidak dapat menghapus tulisan Anda yang salah ketika Anda menulis dengan pensil.

2.      Gaya gesekan yang merugikan
Jika permukaan suatu benda bergeseran dengan permukaan benda lain, masing-masing benda tersebut melakukan gaya gesekan antara satu dengan yang lain. Gaya gesekan pada benda yang bergerak selalu berlawanan arah dengan arah gerakan benda tersebut. Selain menghambat gerak benda, gesekan dapat menimbulkan aus dan kerusakan. Hal ini dapat kita amati pada mesin kendaraan. Misalnya ketika kita memberikan minyak pelumas pada mesin sepeda motor, sebenarnya kita ingin mengurangi gaya gesekan yang terjadi di dalam mesin. Jika tidak diberi minyak pelumas maka mesin kendaraan kita cepat rusak. Contoh ini merupakan salah satu kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek.
            Berikut beberap kerugian dari gaya gesek :
  1. Gesekan antara bagian-bagian mesin mobil dapat menimbulkan panas , maka mesin harus diberi minyak pelumas atau oli.
  2. Gesekan antara roda dan poros dapay menghambat putaran roda , maka  perlu dipasang bola-bola peluru.
  3. Gesekan udara menghambat laju mobil , maka bentuk mobil perlu didesain yang aerodinamis

     F.    Memperbesar dan Memperkecil Gaya Gesekan

Gaya gesekan dapat diperbesar ataupun diperkecil disesuaikan dengan tujuannya. Dalam kehidupan sehari-hari kita jumpai berbagai cara yang dilakukan untuk memperkecil atau memperbesar gaya gesekan, di antaranya adalah sebagai berikut :

1.      Cara Memperbesar Gaya Gesekan :
·         Memasang karet, paku-pakuan, atau pul.
·         Dibuat beralur, misalnya pada permukaan roda kendaraan dan alas sepatu dibuat beralur juga untuk memperbesar gaya gesekan sehingga kendaraan tidak mudah tergelincir.

2.      Cara Memperkecil Gaya Gesekan
·         Memperlicin permukaan, misal dengan pemberian minyak pelumas atau mengampelas permukaan.
·         Memisahkan kedua permukaan yang bersentuhan dengan udara, misal kapal laut yang bagian dasarnya berupa pelampung yang diisi udara.
·         Meletakkan benda di atas roda – roda, sehingga benda lebih mudah bergerak.
·         Memberi bantalan peluru, as roda diberi bantalan peluru sehingga tidak cepat aus.
Sebenarnya, usaha manusia untuk mengurangi gaya gesekan telah dilakukan sejak ribuan tahun yang lalu. Ilmu yang mempelajari tentang gaya gesek dan cara untuk mengurangi besarnya gaya gesek disebut tribology. Dalam literatur kuno didapatkan bahwa bangsa-bangsa peradaban tua seperti Mesir dan Assyria sudah memakai prinsip-prinsip tribology dalam kegiatan keseharian mereka ribuan tahun lalu. Diketahui bahwa di jaman itu, ketika memindahkan barang yang berat mereka menggunakan minyak hewan untuk melicinkan permukaan.
Karena tribology dan gesekan tidak bisa dipisahkan, penting untuk menelusuri sejarah manusia modern mencoba membedah fenomena gesekan. Adalah si jenius Leonardo Da Vinci (1452-1519) yang mula-mula merumuskan cara mengurangi gesekan dalam bentuk yang riil dan terstruktur. Da Vinci meninggalkan sketsa ball bearing kayu yang sangat mirip dengan ball bearing logam yang dipakai saat ini. Di dunia modern sekarang, hampir semua alat yang bergerak memakai bearing, dalam bahasa Indonesia disebut klaher.
Diilhami oleh Da Vinci, hukum-hukum fisika mengenai gesekan dirumuskan oleh dua ilmuwan secara terpisah yaitu Amontons (1699) dan selanjutnya Coulomb (1751) dan disebut Hukum Gesekan Amontons-Coulomb. Hukum ini sederhana dan berisi empat butir postulat:
  1. Gaya gesekan pada permukaan yang bersentuhan berbanding lurus dengan gaya tegak lurus pada permukaan tersebut. 
  2.   Gaya gesekan tidak bergantung pada luas proyeksi permukaan yang bersentuhan 
  3. Gaya gesekan tidak berhubungan dengan kecepatan sliding permukaan. 
  4. Gaya gesekan statis lebih besar daripada gaya gesekan dinamis
Postulat 1 dan 2, terbukti melalui penelitian (emprically proved) akurat untuk gesekan Benda padat. Sementara itu, postulat 3 dan 4 dalam beberapa kasus tidak sesuai dengan hasil percobaan. Selama lebih dari dua ratus tahun hukum gesekan di atas (terutama hukum 1 dan 2) dipakai secara luas dan hampir  semua disain alat mekanik modern menerapkan hukum ini.
Ketika sebuah benda berguling di atas suatu permukaan (misalnya roda kendaraan yang berputar atau bola yang berguling di tanah), gaya gesekan tetap ada walaupun lebih kecil dibandingkan dengan ketika benda tersebut meluncur di atas permukaan benda lain. Gaya gesekan yang bekerja pada benda yang berguling di atas permukaan benda lainnya dikenal dengan gaya gesekan rotasi. Sedangkan gaya gesekan yang bekerja pada permukaan benda yang meluncur di atas permukaan benda lain (misalnya buku yang didorong di atas permukaan meja) disebut sebagai gaya gesekan translasi. Pada kesempatan ini kita hanya membahas gaya gesekan translasi, yaitu gaya gesekan yang bekerja pada benda padat yang meluncur di atas benda padat lainnya.

                                                
BAB III
PENUTUP

1.     Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat kami ambil adalah sebagai berikut :
·         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 disini tidak harus berbentuk padat, tetapi 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, cairan, dan gas adalah gaya Stokes.
·         Gaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan.
·         Gaya-gaya yang bekerja antara lain adalah gaya elektro statik 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).
·         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 Adanya gaya gesek memberikan dampak bagi kehidupan sehari-hari.
·         Selain memiliki manfaat, gaya gesek juga mempunyai kerugian bagi kehidupan sehari-hari.
2.     Saran                                                                                         
Sebaiknya para siswa lebih memperdalam lagi pengetahuannya tentang gaya gesek, karena gaya gesek memiliki peranan yang sangat penting bagi kehidupan sehari-hari, sehingga dapat mengetahui manfaat dan kerugian gaya gesek. Saya berharap karya tulis ini dapat dijadikan sebagai media pembelajaran fisika, menjadi sumber referensi serta menjadi bank soal yang saya harap bagi siapapun yang membacanya sudilah kiranya untuk mengerjakan dan menyelesaikan soal-soal yang belum terselesaikan tersebut .



DAFTAR PUSTAKA

  1. Abdullah, Mikrajuddin. 2007. Fisika 2 A untuk SMA dan  MA. Bandung: Esis.
  2. Foster, Bob. 2000. Fisika SMU kelas 1. Bandung: Erlangga.
  3. Halliday Resnick, Walker. 1991. Dasar-dasar Fisika Jilid Satu. Tanggerang: Binapura Aksara.
  4. Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA kelas X. Cimahi: Erlangga.
  5. Ruwanto, Bambang. 2007. Asas-asas Fisika. Yogyakarta: Yudistira.
  6. Supriyanto. 2007. Fisika untuk SMA kelas XI. Jakarta: Phibeta.
  7. Zamrozi, dkk. 2003. Acuan Pelajaran Fisika. Yoguakarta: Yudistira.
  8. http://fisikastudycenter.com/fisika-xi-sma/11-dinamika-2-gaya-gesek#ixzz2lJ0oyeYU

Facebook Comment