Kondisi gaya gesekan. Gaya gesek

Bagian situs

Pilihan Editor:

Periklanan

rumah - Pemanasan

CONTOH 2

Ada banyak fenomena fisik di dunia sekitar kita: guntur dan kilat, hujan dan hujan es, arus listrik, gesekan... Laporan kami hari ini didedikasikan untuk gesekan. Mengapa terjadi gesekan, apa pengaruhnya, bergantung pada apa gaya gesekan? Dan yang terakhir, apakah gesekan itu kawan atau lawan?

Apa itu gaya gesekan?

Setelah sedikit berlari, Anda bisa berlari menyusuri jalan yang tertutup es. Tapi coba lakukan di aspal biasa. Namun, itu tidak pantas untuk dicoba. Tidak ada yang akan berhasil. Penyebab kegagalan Anda adalah gaya gesekan yang sangat besar. Untuk alasan yang sama, sulit untuk memindahkan meja besar atau, katakanlah, piano.

Pada titik kontak dua benda selalu terjadi interaksi, yang mencegah pergerakan satu benda di permukaan benda lain. Ini disebut gesekan. Dan besarnya interaksi ini adalah gaya gesekan.

Jenis gaya gesekan

Bayangkan Anda perlu memindahkan lemari yang berat. Kekuatanmu jelas tidak cukup. Mari kita tingkatkan kekuatan “geser”. Pada saat yang sama, gaya gesekan meningkat perdamaian. Dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengan pergerakan kabinet. Akhirnya, kekuatan yang “mencukur” “menang” dan kabinet pun mundur. Sekarang gaya gesekan muncul dengan sendirinya tergelincir. Tapi ini lebih kecil dari gaya gesekan statis dan lebih mudah untuk memindahkan kabinet lebih jauh.

Anda tentunya pernah menyaksikan bagaimana 2-3 orang menggulingkan mobil berat yang mesinnya tiba-tiba mati. Orang yang mendorong mobil bukanlah orang kuat, gaya gesekan hanya bekerja pada roda mobil bergulir. Jenis gesekan ini terjadi ketika suatu benda berguling di atas permukaan benda lain. Sebuah bola, pensil bulat atau segi, roda kereta api, dll. dapat menggelinding. Jenis gesekan ini jauh lebih kecil daripada gaya gesekan geser. Oleh karena itu, sangat mudah untuk memindahkan furnitur yang berat jika dilengkapi dengan roda.

Namun dalam hal ini gaya gesekan diarahkan melawan gerak benda sehingga mengurangi kecepatan benda. Jika bukan karena “sifatnya yang berbahaya”, karena berakselerasi dengan sepeda atau sepatu roda, Anda dapat menikmati perjalanan tanpa batas waktu. Untuk alasan yang sama, mobil dengan mesin dimatikan akan bergerak secara inersia selama beberapa waktu dan kemudian berhenti.

Jadi ingat, ada 3 jenis gaya gesekan:

gesekan geser;
gesekan bergulir;
friksi statis.

Laju perubahan kecepatan disebut percepatan. Namun karena gaya gesek memperlambat gerak, maka percepatan tersebut akan bertanda minus. Memang benar jika dikatakan Di bawah pengaruh gesekan, benda bergerak dengan perlambatan.

Apa sifat gesekan

Jika Anda memeriksa permukaan halus meja atau es yang dipoles melalui kaca pembesar, Anda akan melihat kekasaran kecil yang menempel pada benda yang meluncur atau berguling di sepanjang permukaannya. Bagaimanapun, benda yang bergerak di sepanjang permukaan ini juga memiliki tonjolan serupa.

Pada titik kontak, molekul-molekul menjadi sangat dekat sehingga mereka mulai saling tarik menarik. Namun benda terus bergerak, atom-atom menjauh satu sama lain, ikatan di antara mereka putus. Hal ini menyebabkan atom-atom yang terbebas dari gaya tarik menarik bergetar. Kira-kira cara pegas terbebas dari tegangan berosilasi. Kami menganggap getaran molekul ini sebagai pemanasan. Itu sebabnya gesekan selalu disertai dengan peningkatan suhu permukaan yang bersentuhan.

Artinya ada dua penyebab yang menyebabkan fenomena ini:

ketidakteraturan pada permukaan benda yang bersentuhan;
kekuatan tarik-menarik antarmolekul.

Gaya gesekan bergantung pada apa?

Anda mungkin pernah memperhatikan pengereman mendadak pada kereta luncur saat meluncur di area berpasir. Dan satu lagi pengamatan menarik: ketika ada satu orang di kereta luncur, mereka akan menuruni bukit. Dan jika dua orang teman meluncur bersama, kereta luncur akan berhenti lebih cepat. Oleh karena itu, gaya gesekannya adalah:

tergantung pada bahan permukaan yang bersentuhan;
selain itu, gesekan meningkat seiring bertambahnya berat badan;
bertindak dalam arah yang berlawanan dengan gerakan.

Ilmu fisika yang luar biasa juga bagus karena banyak ketergantungan yang dapat diungkapkan tidak hanya dengan kata-kata, tetapi juga dalam bentuk tanda-tanda khusus (rumus). Untuk gaya gesekannya terlihat seperti ini:

Ftr = kN Di mana:

Ftr - gaya gesek.

k - koefisien gesekan, yang mencerminkan ketergantungan gaya gesekan pada material dan kebersihan pengolahannya. Katakanlah, jika logam menggelinding pada logam k=0,18, jika Anda meluncur di atas es k=0,02 (koefisien gesekan selalu kurang dari satu);

N adalah gaya yang bekerja pada tumpuan. Jika benda berada pada permukaan horizontal, gaya ini sama dengan berat benda. Untuk bidang miring bobotnya lebih ringan dan bergantung pada sudut kemiringannya. Semakin curam perosotannya, semakin mudah untuk meluncur ke bawah dan semakin lama Anda dapat bersepeda.

Dan dengan menghitung gaya gesek statik kabinet menggunakan rumus ini, kita akan mengetahui gaya apa yang perlu diberikan untuk memindahkannya dari tempatnya.

Pekerjaan gaya gesekan

Jika suatu gaya bekerja pada suatu benda, yang dipengaruhi oleh gerak benda tersebut, maka usaha selalu dilakukan. Kerja gaya gesekan memiliki ciri khasnya sendiri: tidak menyebabkan gerakan, tetapi mencegahnya. Oleh karena itu, pekerjaan yang dilakukannya adalah akan selalu negatif, mis. dengan tanda minus, tidak peduli ke arah mana tubuh bergerak.

Apakah gesekan teman atau musuh?

Gaya gesekan menemani kita kemana saja, membawa kerugian nyata dan... manfaat yang sangat besar. Mari kita bayangkan bahwa gesekan telah hilang. Pengamat yang tercengang akan melihat bagaimana gunung-gunung runtuh, pepohonan tumbang dengan sendirinya, angin topan dan gelombang laut tak henti-hentinya mendominasi bumi. Semua benda meluncur ke bawah di suatu tempat, pengangkutannya berantakan menjadi beberapa bagian, karena baut tidak memenuhi perannya tanpa gesekan, monster tak kasat mata akan melepaskan semua tali dan simpul, perabotan, yang tidak ditahan oleh gaya gesekan, akan terlepas. meluncur ke sudut paling bawah ruangan.

Mari kita mencoba melarikan diri, melepaskan diri dari kekacauan ini, namun tanpa gesekan Kami tidak akan dapat mengambil satu langkah pun. Bagaimanapun, gesekanlah yang membantu kita mendorong tanah saat berjalan. Sekarang sudah jelas mengapa jalan licin tertutup pasir di musim dingin...

Dan pada saat yang sama, terkadang gesekan menyebabkan kerusakan yang signifikan. Masyarakat telah belajar untuk mengurangi dan meningkatkan gesekan, sehingga memperoleh manfaat yang sangat besar dari hal tersebut. Misalnya, roda diciptakan untuk menarik beban berat, menggantikan gesekan geser dengan gesekan menggelinding, yang jauh lebih kecil dibandingkan gesekan geser.

Karena benda yang menggelinding tidak harus menangkap banyak ketidakteraturan kecil di permukaan, seperti saat benda meluncur. Kemudian rodanya dilengkapi dengan ban berpola dalam (tapak).

Pernahkah Anda memperhatikan bahwa semua bannya terbuat dari karet dan berwarna hitam?

Ternyata karet menahan roda dengan baik di jalan, dan batu bara yang ditambahkan ke karet memberinya warna hitam serta kekakuan dan kekuatan yang diperlukan. Selain itu, jika terjadi kecelakaan di jalan raya, Anda dapat mengukur jarak pengereman. Toh saat melakukan pengereman, ban meninggalkan bekas hitam bening.

Jika perlu, kurangi gesekan, gunakan minyak pelumas dan pelumas grafit kering. Penemuan yang luar biasa adalah penciptaan berbagai jenis bantalan bola. Mereka digunakan dalam berbagai mekanisme, mulai dari sepeda hingga pesawat terbaru.

Apakah ada gesekan pada zat cair?

Ketika suatu benda diam di dalam air, gesekan dengan air tidak terjadi. Tetapi begitu ia mulai bergerak, timbullah gesekan, yaitu. Air menolak pergerakan benda apa pun di dalamnya.

Artinya, pantai, yang menimbulkan gesekan, “memperlambat” air. Dan karena gesekan air terhadap pantai mengurangi kecepatannya, sebaiknya jangan berenang ke tengah sungai, karena arus di sana jauh lebih kuat. Ikan dan hewan laut dibentuk sedemikian rupa sehingga gesekan tubuhnya terhadap air menjadi minimal.

Perancang memberikan perampingan yang sama pada kapal selam.

Perkenalan kita dengan fenomena alam lainnya akan terus berlanjut. Sampai jumpa lagi, teman-teman!

Jika pesan ini bermanfaat bagi Anda, saya akan senang bertemu Anda

DEFINISI

Dari persamaan kedua:

Gaya gesek:

Mengganti ekspresi gaya gesekan ke persamaan pertama, kita mendapatkan:

Saat mengerem hingga berhenti total, kecepatan bus turun dari nilai menjadi nol, sehingga bus:

Menyamakan ruas kanan hubungan percepatan bus selama pengereman darurat, kita peroleh:

dimana waktu sampai bus berhenti sepenuhnya:

Percepatan gravitasi m/s

Mengganti nilai numerik besaran fisika ke dalam rumus, kami menghitung:

Menjawab

Bus akan berhenti di c.

Latihan

Sebuah benda kecil ditempatkan pada bidang miring yang membentuk sudut dengan cakrawala dan dilepaskan. Berapa jarak yang ditempuh benda dalam waktu 3 s jika koefisien gesekan antara benda dengan permukaan adalah 0,2?

Larutan

Mari kita membuat gambar dan menunjukkan semua gaya yang bekerja pada benda.

Benda tersebut dipengaruhi oleh gravitasi, gaya reaksi tanah, dan gaya gesekan

Mari kita pilih sistem koordinat, seperti yang ditunjukkan pada gambar, dan proyeksikan persamaan vektor ini pada sumbu koordinat:

Dari persamaan kedua:

Bahkan di tahun-tahun sekolah, di kelas tujuh atau delapan, setiap orang mengenal konsep baru fisika dinamis - gesekan. Namun, banyak orang, setelah dewasa, melupakan cara kerja kekuatan ini. Mari kita coba memahami topik ini.

Definisi konsep

Gesekan adalah suatu fenomena yang mempunyai arti sebagai berikut: ketika dua benda saling bersentuhan, maka terbentuklah interaksi khusus pada titik kontaknya, sehingga benda-benda tersebut tidak dapat terus bergerak relatif satu sama lain. Jelas bahwa adalah mungkin untuk menghitung besarnya interaksi benda-benda ini. Inilah yang menjadi ciri interaksi ini secara kuantitatif. Jika terjadi gesekan antar benda padat (misalnya interaksi buku dengan rak buku atau apel dengan meja), maka interaksi tersebut disebut gesekan kering.

Perlu dipahami bahwa gesekan adalah gaya yang bersifat elektromagnetik. Artinya penyebab timbulnya gaya tersebut adalah interaksi antar partikel-partikel penyusun suatu benda tertentu.

Seperti apa gesekan itu?

Berkat beragamnya benda-benda yang ada di dunia kita, dapat ditentukan bahwa masing-masing benda tersebut mempunyai struktur dan sifat tersendiri. Artinya interaksi antar objek yang berbeda akan berbeda pula. Untuk pemahaman yang benar tentang esensi dan solusi yang kompeten dari banyak masalah dalam fisika, biasanya dibagi menjadi tiga jenis gesekan. Jadi, mari kita lihat masing-masing secara terpisah:

Gesekan pertama adalah gesekan statis yang terjadi tanpa adanya gerak relatif dua benda. Kita dapat melihat contohnya di mana-mana, karena gaya yang dihasilkan oleh gesekan ini menjaga keseimbangan benda. Misalnya barang pada ban berjalan yang bergerak, paku yang ditancapkan ke dinding, atau orang yang berdiri di lantai.
Gesekan geser- ini secara kondisional adalah gesekan kedua. Arti geser didefinisikan sebagai berikut: ketika suatu gaya diterapkan pada suatu benda dalam keadaan setimbang yang lebih besar dari gaya gesekan statis, gaya gesekan geser mulai bekerja dan benda tersebut bergerak dari tempatnya.
Dan akhirnya, gesekan bergulir, menjelaskan interaksi dua benda, yang salah satunya menggelinding di atas permukaan benda lainnya. Perbedaan dalam dan geser dijelaskan oleh fakta bahwa dengan gerakan apa pun, area benda bergeser sepanjang permukaan kontak, dan alih-alih memutus ikatan antarmolekul, ikatan antarmolekul baru terbentuk. Dan jika roda menggelinding tanpa tergelincir, ikatan molekul saat bagian roda terangkat akan putus jauh lebih cepat dibandingkan saat meluncur. Ternyata gaya gesek menggelinding lebih kecil dibandingkan gaya geser.

Dimana dan bagaimana gesekan dapat digunakan?

Gesekan merupakan fenomena yang tidak tergantikan, tanpanya kita tidak akan dapat melakukan hal-hal mendasar: berjalan, duduk, atau sekadar memegang benda di tangan. Oleh karena itu, jangan meremehkan pentingnya gesekan. Seperti yang dikatakan oleh fisikawan Perancis Guillaume: “Jika tidak ada gesekan, Bumi kita tidak akan memiliki satupun kekasaran, seperti setetes cairan.”

Mungkin contoh terbaik yang paling akurat mencirikan gesekan adalah pengoperasian roda. Bahkan pada zaman dahulu, diketahui bahwa gaya gesek menggelinding jauh lebih kecil dibandingkan gaya gesek geser. Manfaat gesekan menggelinding yang tidak dapat disangkal itulah yang menyebabkan orang menggunakan kayu gelondongan atau roller untuk memindahkan beban berat dan besar. Seiring waktu, orang-orang meningkatkan pengetahuan mereka tentang sifat menakjubkan dari gesekan menggelinding, mengamati pergerakan benda di bawah pengaruh gaya gesekan, dan akhirnya menemukan roda! Di dunia modern, mustahil membayangkan kehidupan tanpa bagian-bagian yang tak tergantikan ini, karena roda adalah “mesin” kedua dari transportasi apa pun!

Bagaimana cara menghitung gaya gesekan?

Seperti yang lainnya, ia memiliki nilai integer. Untuk menentukan secara akurat berapa banyak gaya yang diperlukan untuk bergerak atau jenis pekerjaan lainnya, perlu untuk menghitung gaya gesekan statis. Hal ini biasanya dilakukan oleh para insinyur ketika, misalnya, mereka membangun pabrik atau menciptakan perangkat baru. Namun, bahkan anak sekolah biasa pun dihadapkan pada tugas tertentu yang mengharuskan mereka menghitung gaya gesekan. Jadi untuk menghitung nilainya cukup menggunakan rumus sederhana: F gesekan = K * N, dimana k adalah koefisien gesekan. Nilai semua koefisien selalu bergantung pada permukaan benda tempat benda bergerak atau berinteraksi. Huruf "N" dalam rumus kami berarti gaya pada benda. Hal ini terutama bergantung pada massa benda yang bersentuhan dengan permukaan penyangga.

Hitung nilai gaya dalam soal tersebut

Misalkan sebuah benda bermassa m = 3 kg berada di atas papan mendatar. antara papan kayu dan badan adalah 0,3. Bagaimana cara mencari nilai gaya gesekan? Caranya sangat sederhana, yang perlu Anda lakukan hanyalah memasukkan nilai-nilai kita ke dalam rumus. Anda hanya perlu memperhitungkan bahwa N dalam hal ini sama dengan berat benda (menurut hukum ke-3 Newton). Jadi gaya yang dibutuhkan adalah (m * g) * k = (3 kg * 10 m/s 2) * 0,3 = 9 N.

Semua orang tahu betapa sulitnya memindahkan benda berat di permukaan apapun. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa permukaan suatu benda padat tidak mulus sempurna dan mengandung banyak lekukan (ukurannya berbeda-beda, yang mengecil selama penggilingan). Ketika dua benda bersentuhan, giginya saling bertautan. Biarkan gaya kecil (F) diterapkan pada salah satu benda, diarahkan secara tangensial ke permukaan yang bersentuhan. Di bawah pengaruh gaya ini, takik akan berubah bentuk (menekuk). Oleh karena itu, akan muncul gaya elastis yang diarahkan sepanjang permukaan yang bersentuhan. Gaya elastis yang bekerja pada benda yang menerima gaya F mengkompensasi gaya tersebut dan benda tetap diam.

Gaya gesekan statis – gaya yang timbul pada batas benda yang bersentuhan tanpa adanya gerak relatifnya.

Gaya gesekan statis diarahkan secara tangensial ke permukaan benda yang bersentuhan (Gbr. 10) dalam arah yang berlawanan dengan gaya F, dan besarnya sama: Ftr = - F.

Ketika modulus gaya F meningkat, pembengkokan takik kait akan meningkat dan, pada akhirnya, takik tersebut akan mulai patah dan benda akan mulai bergerak.

Gaya gesekan geser – ini adalah gaya yang timbul pada batas benda yang bersentuhan selama gerak relatifnya.

Vektor gaya gesekan geser arahnya berlawanan dengan vektor kecepatan benda relatif terhadap permukaan tempat benda tersebut meluncur.

Sebuah benda yang meluncur pada permukaan padat ditekan terhadapnya oleh gaya gravitasi P yang diarahkan sepanjang garis normal. Akibatnya, permukaan menekuk dan muncul gaya elastis N (gaya tekanan normal atau reaksi tumpuan), yang mengkompensasi gaya tekan P (N = - P).

Semakin besar gaya N, semakin dalam cengkeraman takik tersebut dan semakin sulit untuk mematahkannya. Pengalaman menunjukkan bahwa modulus gaya gesek geser sebanding dengan gaya tekanan normal:

Koefisien tak berdimensi μ disebut koefisien gesekan geser. Itu tergantung pada bahan permukaan yang bersentuhan dan tingkat penggilingannya. Misalnya, saat bermain ski, koefisien gesekan bergantung pada kualitas pelumas (pelumas mahal modern), permukaan jalur ski (lembut, longgar, padat, sedingin es), kondisi salju tertentu, bergantung pada suhu dan kelembaban udara, dll. Sejumlah besar faktor variabel ditentukan oleh koefisien yang tidak konstan. Jika koefisien gesekan berada pada kisaran 0,045 - 0,055 maka luncuran dianggap baik.

Tabel menunjukkan nilai koefisien gesekan geser untuk berbagai benda yang bersentuhan.

Koefisien gesekan geser untuk berbagai kasus

Peran gaya gesekan dalam banyak kasus adalah positif. Berkat kekuatan inilah pergerakan manusia, hewan, dan transportasi darat menjadi mungkin. Jadi, ketika berjalan, seseorang, dengan menegangkan otot-otot kaki penyangga, mendorong tanah, mencoba menggerakkan telapak kaki ke belakang. Hal ini dicegah dengan gaya gesekan statis yang diarahkan ke arah yang berlawanan - ke depan (Gbr. 11).

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 gesek.

Jenis gesekan

Ada beberapa jenis. Mari kita lihat perbedaannya. Sebuah buku yang meluncur di atas meja akan mengalami 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 perhitungan gaya gesekan menggelinding sebagai berikut:

,
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 tergantung 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.

Membaca:

Kompatibilitas Leo dan Scorpio: haruskah api takut pada air? Ciri-ciri pria Leo yang lahir di tahun tikus Mengapa anda memimpikan perahu di atas air? Mengapa anda memimpikan perahu? Melihat anak perempuan dewasa dalam mimpi Mengapa anda bermimpi tentang seekor kambing - mengapa anda bermimpi tentang buku mimpi kambing putih