Setiap siswa mengetahui bahwa ketika ada kontak antara dua permukaan padat, yang disebut gaya gesekan muncul. Mari kita bahas dalam artikel ini apa itu, dengan fokus pada titik penerapan gaya gesekan.
Apa jenis gaya gesekan yang ada?
Sebelum mempertimbangkan titik penerapan gaya gesekan, perlu diingat secara singkat jenis gesekan apa yang ada di alam dan teknologi.
Mari kita mulai mempertimbangkan gesekan statis. Tipe ini mencirikan keadaan benda padat yang diam di beberapa permukaan. Gesekan istirahat mencegah perpindahan tubuh dari keadaan istirahatnya. Sebagai contoh, karena gaya yang sangat kuat ini, sulit bagi kita untuk memindahkan lemari yang berdiri di lantai.
Gesekan geser adalah jenis lain dari gesekan. Ini memanifestasikan dirinya dalam kasus kontak antara dua permukaan yang meluncur satu sama lain. Gesekan geser menentang gerakan (arah gaya gesekan berlawanan dengan kecepatan tubuh). Contoh mencolok dari aksinya adalah pemain ski atau skater meluncur di atas es di atas salju.
Akhirnya, jenis gesekan ketiga adalah menggelinding. Itu selalu ada ketika satu tubuh berguling di permukaan yang lain. Misalnya, menggelindingkan roda atau bantalan adalah contoh utama di mana gesekan gelinding penting.
Dua yang pertama dari jenis yang dijelaskan muncul karena kekasaran pada permukaan gosok. Jenis ketiga muncul karena deformasi histeresis dari badan bergulir.
Titik penerapan gaya gesekan geser dan diam
Dikatakan di atas bahwa gesekan statis mencegah gaya kerja eksternal, yang cenderung menggerakkan benda sepanjang permukaan kontak. Ini berarti bahwa arah gaya gesekan berlawanan dengan arah gaya eksternal yang sejajar dengan permukaan. Titik penerapan gaya gesekan yang diperhatikan adalah pada bidang kontak antara dua permukaan.
Penting untuk dipahami bahwa gaya gesekan statis bukanlah nilai yang konstan. Ini memiliki nilai maksimum, yang dihitung menggunakan rumus berikut:
Ft=tN.
Namun, nilai maksimum ini hanya muncul ketika tubuh mulai bergerak. Dalam kasus lain, gaya gesekan statis persis sama nilainya dengan permukaan paralel gaya eksternal.
Mengenai titik penerapan gaya gesekan geser, tidak berbeda dengan gaya gesekan statis. Berbicara tentang perbedaan antara gesekan statis dan geser, signifikansi mutlak dari gaya-gaya ini harus diperhatikan. Dengan demikian, gaya gesekan geser untuk sepasang bahan tertentu adalah nilai konstan. Selain itu, gaya gesekan statis selalu lebih kecil dari gaya maksimum gesekan statis.
Seperti yang Anda lihat, titik penerapan gaya gesekan tidak bertepatan dengan pusat gravitasi benda. Ini berarti bahwa gaya-gaya yang dipertimbangkan menciptakan momen yang cenderung menjungkirbalikkan benda yang meluncur ke depan. Yang terakhir dapat diamati ketika pengendara sepeda mengerem keras dengan roda depan.
Gesekan menggelinding dan titik penerapannya
Karena penyebab fisis gesekan guling berbeda dengan jenis gesekan yang dibahas di atas, titik penerapan gaya gesekan guling memiliki karakter yang sedikit berbeda.
Asumsikan bahwa roda mobil berada di atas trotoar. Jelas bahwa roda ini cacat. Luas kontaknya dengan aspal sama dengan 2dl, di mana l adalah lebar roda, 2d adalah panjang kontak lateral roda dan aspal. Gaya gesekan gelinding, dalam esensi fisiknya, memanifestasikan dirinya dalam bentuk momen reaksi dari penyangga yang diarahkan pada putaran roda. Momen ini dihitung sebagai berikut:
M=Nd
Jika kita membaginya dan mengalikannya dengan jari-jari roda R, maka kita mendapatkan:
M=Nd/RR=FtR dimana Ft=Nd/R
Jadi, gaya gesekan menggelinding Ft sebenarnya adalah reaksi dari tumpuan, menciptakan momen gaya yang cenderung memperlambat putaran roda.
Titik penerapan gaya ini diarahkan secara vertikal ke atas relatif terhadap permukaan bidang dan digeser ke kanan dari pusat massa sebesar d (dengan asumsi bahwa roda bergerak dari kiri ke kanan).
Contoh penyelesaian masalah
Aksigaya gesekan dalam bentuk apa pun cenderung memperlambat gerakan mekanis benda, sambil mengubah energi kinetiknya menjadi panas. Mari kita selesaikan masalah berikut:
bar meluncur pada bidang miring. Percepatan geraknya perlu dihitung jika diketahui koefisien gesernya adalah 0,35, dan sudut kemiringan permukaannya adalah 35o.
Mari kita perhatikan gaya apa yang bekerja pada balok. Pertama, komponen gravitasi diarahkan ke bawah sepanjang permukaan geser. Sama dengan:
F=mgsin(α)
Kedua, gaya gesekan konstan bekerja ke atas sepanjang bidang, yang diarahkan melawan vektor percepatan benda. Itu dapat ditentukan dengan rumus:
Ft=tN=tmgcos (α)
Maka hukum Newton untuk sebuah batang yang bergerak dengan percepatan a akan berbentuk:
ma=mgsin(α) - tmgcos(α)=>
a=gsin(α) - tgcos(α)
Substitusikan data ke dalam persamaan, kita peroleh bahwa a=2,81 m/s2. Perhatikan bahwa percepatan yang ditemukan tidak bergantung pada massa batang.
