Dalam bagian khusus fisika - dinamika, ketika mereka mempelajari pergerakan benda, mereka mempertimbangkan gaya yang bekerja pada sistem yang bergerak. Yang terakhir dapat melakukan pekerjaan positif dan negatif. Simak dalam artikel ini apa yang dimaksud dengan kerja gaya gesekan dan cara menghitungnya.
Konsep usaha dalam fisika
Dalam fisika, konsep "usaha" berbeda dengan gagasan biasa dari kata ini. Usaha dipahami sebagai besaran fisis, yang sama dengan produk skalar dari vektor gaya dan vektor perpindahan benda. Asumsikan bahwa ada suatu benda yang dikenai gaya F¯. Karena tidak ada gaya lain yang bekerja padanya, vektor perpindahannya l¯ akan berhimpitan dengan vektor F¯. Produk skalar dari vektor-vektor ini dalam hal ini akan sesuai dengan produk modulnya, yaitu:
A=(F¯l¯)=Fl.
Nilai A adalah usaha yang dilakukan oleh gaya F¯ untuk memindahkan benda sejauh l. Dengan mempertimbangkan dimensi nilai F dan l, kami menemukan bahwa pekerjaan diukur dalam newton per meter (Nm) dalam sistem SI. Namun, satuanNm memiliki namanya sendiri - itu adalah joule. Artinya konsep usaha sama dengan konsep energi. Dengan kata lain, jika gaya 1 newton menggerakkan benda 1 meter, maka biaya energi yang sesuai adalah 1 joule.
Berapakah gaya gesekan?
Mempelajari pertanyaan tentang pekerjaan gaya gesekan dimungkinkan jika Anda tahu gaya apa yang sedang kita bicarakan. Gesekan dalam fisika adalah proses yang mencegah pergerakan satu benda di permukaan benda lain ketika permukaan ini bersentuhan.
Jika kita hanya menganggap benda padat, maka ada tiga jenis gesekan untuk mereka:
- istirahat;
- slip;
- bergulir.
Gaya ini bekerja antara permukaan yang bersentuhan dan selalu diarahkan melawan pergerakan benda.
Gesekan istirahat mencegah gerakan itu sendiri, gesekan geser memanifestasikan dirinya dalam proses gerakan, ketika permukaan benda meluncur satu sama lain, dan gesekan bergulir terjadi antara benda yang menggelinding di permukaan dan permukaan itu sendiri.
Contoh gaya gesekan statis adalah mobil yang di rem tangan di lereng bukit. Gesekan geser memanifestasikan dirinya ketika seorang pemain ski bergerak di atas salju atau seorang skater bergerak di atas es. Akhirnya, gesekan menggelinding bekerja saat roda mobil bergerak di sepanjang jalan.
Gaya untuk ketiga jenis gesekan dihitung menggunakan rumus berikut:
Ft=tN.
Di sini N adalah gaya reaksi pendukung, t adalah koefisien gesekan. Angkatan Nmenunjukkan besarnya dampak dukungan pada tubuh tegak lurus terhadap bidang permukaan. Adapun parameter t, diukur secara eksperimental untuk setiap pasangan bahan gosok, misalnya kayu-kayu, baja-salju, dan sebagainya. Hasil pengukuran dikumpulkan dalam tabel khusus.
Untuk setiap gaya gesekan, koefisien t memiliki nilai tersendiri untuk pasangan bahan yang dipilih. Dengan demikian, koefisien gesekan statis lebih besar daripada koefisien gesekan geser beberapa puluh persen. Pada gilirannya, koefisien rolling adalah 1-2 kali lipat lebih kecil dari itu untuk geser.
Kerja gaya gesekan
Sekarang, setelah berkenalan dengan konsep kerja dan jenis gesekan, Anda dapat langsung ke topik artikel. Mari kita pertimbangkan secara berurutan semua jenis gaya gesekan dan cari tahu usaha apa yang mereka lakukan.
Mari kita mulai dengan gesekan statis. Tipe ini memanifestasikan dirinya ketika tubuh tidak bergerak. Karena tidak ada gerakan, vektor perpindahannya l¯ sama dengan nol. Yang terakhir berarti bahwa pekerjaan gaya gesekan statis juga sama dengan nol.
Gesekan geser, menurut definisi, hanya bekerja saat benda bergerak di ruang angkasa. Karena gaya gesekan jenis ini selalu diarahkan pada gerakan benda, itu berarti benda itu melakukan kerja negatif. Nilai A dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
A=-Ftl=-µtNl.
Usaha gaya gesek geser ditujukan untuk memperlambat gerakan benda. Sebagai hasil dari pekerjaan ini, energi mekanik tubuh diubah menjadi panas.
Gesekan berguling, seperti meluncur, juga melibatkan gerakan tubuh. Gaya gesekan menggelinding melakukan kerja negatif, memperlambat putaran awal benda. Karena kita berbicara tentang rotasi benda, akan lebih mudah untuk menghitung nilai kerja gaya ini melalui kerja momentumnya. Rumus yang sesuai ditulis sebagai:
A=-Mθ di mana M=FtR.
Di sini adalah sudut rotasi benda akibat rotasi, R adalah jarak dari permukaan ke sumbu rotasi (jari-jari roda).
Masalah dengan gaya gesekan geser
Diketahui sebuah balok kayu berada di tepi bidang kayu miring. Bidang miring ke cakrawala dengan sudut 40o. Mengetahui bahwa koefisien gesekan geser adalah 0,4, panjang bidang adalah 1 meter, dan massa batang sama dengan 0,5 kg, maka perlu untuk mencari pekerjaan gesekan geser.
Hitung gaya gesekan geser. Sama dengan:
Ft=mgcos(α)µt=0.59.81cos(40 o)0, 4=1,5 N.
Maka pekerjaan yang sesuai A adalah:
A=-Ftl=-1.51=-1.5 J.
Masalah gesekan guling
Diketahui bahwa roda tersebut menggelinding di sepanjang jalan agak jauh dan berhenti. Diameter roda adalah 45 cm. Jumlah putaran roda sebelum berhenti adalah 100. Dengan memperhitungkan koefisien menggelinding sama dengan 0,03, perlu untuk mencari berapa kerja gaya gesekan menggelinding. Massa roda adalah 5 kg.
Pertama, mari kita hitung momen gesekan gelinding:
M=FtR=tmgD/2=0,0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.
Jika jumlah putaran yang dilakukan oleh roda dikalikan dengan 2pi radian, maka kita mendapatkan sudut putaran roda. Maka rumus untuk usaha adalah:
A=-Mθ=-M2pin.
Di mana n adalah jumlah putaran. Substitusi momen M dan bilangan n dari kondisi, kita peroleh kerja yang diperlukan: A=- 207,87 J.
