Gesekan merupakan fenomena yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Tidak mungkin untuk menentukan apakah gesekan itu berbahaya atau bermanfaat. Bahkan melangkah di atas es yang licin tampaknya merupakan tugas yang sulit; berjalan di atas permukaan aspal yang kasar adalah suatu kesenangan. Suku cadang mobil tanpa pelumasan lebih cepat aus.
Studi tentang gesekan, pengetahuan tentang sifat dasarnya memungkinkan seseorang untuk menggunakannya.
Gaya gesekan dalam fisika
Gaya yang timbul dari gerakan atau usaha gerakan suatu benda pada permukaan benda lain, yang diarahkan melawan arah gerakan, diterapkan pada benda yang bergerak, disebut gaya gesekan. Modulus gaya gesekan, yang rumusnya tergantung pada banyak parameter, bervariasi tergantung pada jenis resistansi.
Jenis gesekan berikut dibedakan:
tergelincir;
bergulir.
Setiap usaha untuk memindahkan sebuah benda berat (kabinet, batu) dari tempatnya akan menimbulkan ketegangan.Pada saat yang sama, tidak selalu mungkin untuk menggerakkan benda tersebut. Mengganggu istirahat.
Keadaan istirahat
Gesekan statis yang dihitung tidak memungkinkan untuk menentukannya dengan cukup akurat. Berdasarkan operasi hukum ketiga Newton, besarnya gaya resistensi statis tergantung pada gaya yang diterapkan.
Ketika gaya meningkat, gaya gesekan juga meningkat.
0 < F тр.покоя < F max
Tidak membiarkan paku yang ditancapkan ke pohon rontok; kancing yang dijahit dengan benang ditahan dengan kuat di tempatnya. Menariknya, resistensi istirahatlah yang memungkinkan seseorang untuk berjalan. Selain itu, diarahkan ke arah gerakan manusia, yang bertentangan dengan keadaan umum.
fenomena tergelincir
Dengan peningkatan gaya eksternal yang menggerakkan tubuh, ke nilai gaya gesekan statis terbesar, ia mulai bergerak. Gaya gesekan geser dipertimbangkan dalam proses menggeser satu benda di atas permukaan benda lain. Nilainya tergantung pada sifat-sifat permukaan yang berinteraksi dan gaya aksi vertikal pada permukaan.
Rumus perhitungan gaya gesekan geser: F=μР, di mana adalah koefisien proporsionalitas (gesekan geser), adalah gaya tekanan vertikal (normal).
Salah satu gaya yang mengendalikan gerakan adalah gaya gesekan geser, yang rumusnya ditulis menggunakan gaya reaksi tumpuan. Karena pemenuhan hukum ketiga Newton, gaya tekanan normal dan reaksi penyangga adalah sama besarnya dan berlawanan arah: P \u003d N.
Sebelum menemukan gaya gesekan, yang rumusnya memiliki bentuk berbeda (F=μ N), gaya reaksi ditentukan.
Koefisien tahanan geser diperkenalkan secara eksperimental untuk dua permukaan gosok dan tergantung pada kualitas pemrosesan dan bahannya.
Meja. Nilai koefisien drag untuk berbagai permukaan
| no.pp | Permukaan yang berinteraksi | Nilai koefisien gesekan geser |
Baja + es | ||
Kulit + besi cor | ||
perunggu + besi | ||
Perunggu + besi cor | ||
Baja + baja |
Gaya gesekan statis terbesar, yang rumusnya ditulis di atas, dapat ditentukan dengan cara yang sama seperti gaya gesekan geser.
Ini menjadi penting ketika memecahkan masalah untuk menentukan kekuatan hambatan mengemudi. Misalnya, sebuah buku, yang digerakkan oleh tangan yang ditekan dari atas, meluncur di bawah aksi gaya resistensi diam yang muncul antara tangan dan buku. Besarnya hambatan tergantung pada nilai gaya tekanan vertikal pada buku.
fenomena bergulir
Transisi nenek moyang kita dari drag ke chariots dianggap revolusioner. Penemuan roda adalah penemuan terbesar umat manusia. yang terjadi ketika roda bergerak di sepanjang permukaan, secara signifikan lebih rendah besarnya daripada tahanan geser.
Terjadinya yang berhubungan dengan gaya-gaya tekanan normal roda pada permukaan, memiliki sifat yang membedakannya dengan sliding. Karena sedikit deformasi roda, gaya tekanan yang berbeda muncul di tengah area yang terbentuk dan di sepanjang tepinya. Perbedaan gaya ini menentukan terjadinya rolling resistance.
Rumus perhitungan gaya gesekan guling biasanya diambil sama dengan proses geser. Perbedaannya hanya terlihat pada nilai koefisien drag.
Sifat resistensi
Ketika kekasaran permukaan gosok berubah, nilai gaya gesekan juga berubah. Pada perbesaran tinggi, dua permukaan yang bersentuhan terlihat seperti gundukan dengan puncak yang tajam. Ketika ditumpangkan, itu adalah bagian tubuh yang menonjol yang bersentuhan satu sama lain. Total area kontak tidak signifikan. Saat bergerak atau mencoba menggerakkan tubuh, "puncak" menciptakan perlawanan. Besarnya gaya gesekan tidak bergantung pada luas permukaan kontak.
Tampaknya dua permukaan yang idealnya halus sama sekali tidak mengalami hambatan. Dalam prakteknya, gaya gesekan dalam hal ini adalah maksimum. Perbedaan ini dijelaskan oleh sifat asal usul kekuatan. Ini adalah gaya elektromagnetik yang bekerja di antara atom-atom dari benda yang berinteraksi.
Proses mekanis yang tidak disertai dengan gesekan di alam tidak mungkin, karena tidak ada cara untuk "mematikan" interaksi listrik benda bermuatan. Independensi kekuatan perlawanan dari posisi timbal balik tubuh memungkinkan kita untuk menyebutnya non-potensial.
Menariknya, gaya gesekan, yang rumusnya berubah tergantung pada kecepatan benda yang berinteraksi, sebanding dengan kuadrat kecepatan yang sesuai. Gaya ini mengacu pada gaya tahanan viskos dalam fluida.
Gerakan dalam cairan dan gas
Pergerakan benda padat dalam cairan atau gas, cairan di dekat permukaan padat disertai dengan resistensi viskos. Terjadinya dikaitkan dengan interaksi lapisan cairan yang terperangkap oleh benda padat dalam proses pergerakan. Kecepatan lapisan yang berbeda merupakan sumber gesekan kental. Keunikan dari fenomena ini adalah tidak adanya gesekan statis fluida. Terlepas dari besarnya pengaruh eksternal, tubuh mulai bergerak saat berada di dalam cairan.
Bergantung pada kecepatan gerakan, gaya resistensi ditentukan oleh kecepatan gerakan, bentuk benda yang bergerak, dan viskositas fluida. Pergerakan dalam air dan minyak dari benda yang sama disertai dengan hambatan yang besarnya berbeda.
Untuk kecepatan rendah: F = kv, di mana k adalah faktor proporsionalitas tergantung pada dimensi linier benda dan sifat medium, v adalah kecepatan benda.
Temperatur fluida juga mempengaruhi gesekan di dalamnya. Dalam cuaca dingin, mobil dihangatkan sehingga oli menjadi hangat (viskositasnya berkurang) dan membantu mengurangi kerusakan bagian-bagian mesin yang bersentuhan.
Meningkatkan kecepatan gerakan
Peningkatan kecepatan tubuh yang signifikan dapat menyebabkan munculnya aliran turbulen, sementara resistensi meningkat tajam. Yang penting adalah: kuadrat kecepatan gerakan, kerapatan medium, dan gaya gesekan mengambil bentuk yang berbeda:
F \u003d kv 2, di mana k adalah faktor proporsionalitas tergantung pada bentuk tubuh dan sifat-sifat medium, v adalah kecepatan tubuh.
Jika tubuh diberi bentuk ramping, turbulensi bisa dikurangi. Bentuk tubuh lumba-lumba dan paus adalah contoh sempurna dari hukum alam yang mempengaruhi kecepatan hewan.
Pendekatan Energi
Pekerjaan menggerakkan tubuh dicegah oleh resistensi lingkungan. Ketika menggunakan hukum kekekalan energi, kita katakan bahwa perubahan energi mekanik sama dengan kerja gaya gesekan.
Kerja gaya dihitung dengan rumus: A = Fscosα, di mana F adalah gaya yang membuat benda bergerak sejauh s, adalah sudut antara arah gaya dan perpindahan.
Jelas, gaya resistensi berlawanan dengan gerakan tubuh, di mana cosα = -1. Pekerjaan gaya gesekan, yang rumusnya adalah A tr \u003d - Fs, adalah nilai negatif. Dalam hal ini, itu berubah menjadi internal (deformasi, pemanasan).
Gaya gesekan adalah jumlah interaksi dua permukaan saat bergerak. Itu tergantung pada karakteristik tubuh, arah gerakan. Karena gesekan, kecepatan tubuh berkurang, dan segera berhenti.
Gaya gesekan adalah besaran terarah, tidak bergantung pada luas tumpuan dan benda, karena dengan gerakan dan pertambahan luas, gaya reaksi penopang bertambah. Nilai ini terlibat dalam perhitungan gaya gesekan. Akibatnya, Ftr \u003d N * m. Di sini N adalah reaksi pendukung dan m adalah faktor yang konstan kecuali diperlukan perhitungan yang sangat tepat. Dengan menggunakan rumus ini, Anda dapat menghitung gaya gesekan geser, yang pasti harus diperhitungkan saat menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan gerakan. Jika tubuh berputar di permukaan, maka gaya menggelinding harus dimasukkan dalam rumus. Maka gesekan dapat ditemukan dengan rumus Froll = f*N/r. Menurut rumus, ketika sebuah benda berputar, radiusnya penting. Nilai f adalah koefisien yang dapat ditemukan, mengetahui bahan apa yang terbuat dari tubuh dan permukaan. Ini adalah koefisien yang ada di tabel.Ada tiga gaya gesekan:
- istirahat;
- tergelincir;
- bergulir.
Mengetahui sifat fisik benda dan gaya yang menyertainya yang bekerja pada suatu benda, Anda dapat dengan mudah menghitung gaya gesekan.
Gaya gesekan dalam kondisi terestrial menyertai setiap gerakan benda. Itu terjadi ketika dua tubuh bersentuhan, jika tubuh-tubuh ini bergerak relatif satu sama lain. Gaya gesekan selalu diarahkan sepanjang permukaan kontak, berbeda dengan gaya elastis, yang diarahkan tegak lurus (Gbr. 1, Gbr. 2).
Beras. 1. Perbedaan antara arah gaya gesekan dan gaya elastis
Beras. 2. Permukaan bekerja pada batang, dan batang bekerja pada permukaan
Ada jenis gesekan kering dan tidak kering. Jenis gesekan kering terjadi ketika padatan bersentuhan.
Pertimbangkan sebuah bar yang terletak di permukaan horizontal (Gbr. 3). Itu dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan gaya reaksi pendukung. Ayo beraksi di bar dengan kekuatan kecil , diarahkan sepanjang permukaan. Jika batang tidak bergerak, maka gaya yang diberikan diimbangi oleh gaya lain, yang disebut gaya gesekan statis.
Beras. 3. Gaya gesekan statis
Gaya gesekan statis () berlawanan arah dan sama besarnya dengan gaya yang cenderung menggerakkan benda sejajar dengan permukaan kontaknya dengan benda lain.
Dengan peningkatan gaya "geser", batang tetap diam, oleh karena itu, gaya gesekan statis juga meningkat. Dengan beberapa, kekuatan yang cukup besar, bar akan mulai bergerak. Ini berarti bahwa gaya gesekan statis tidak dapat meningkat hingga tak terhingga - ada batas atas, lebih dari yang tidak mungkin. Nilai batas ini adalah gaya gesekan statis maksimum.
Mari kita bertindak di bar dengan dinamometer.
Beras. 4. Mengukur gaya gesekan dengan dinamometer
Jika dinamometer bekerja padanya dengan gaya, maka dapat dilihat bahwa gaya gesekan statis maksimum menjadi lebih besar dengan peningkatan massa batang, yaitu dengan peningkatan gaya gravitasi dan gaya reaksi dari batang. mendukung. Jika pengukuran akurat dilakukan, mereka akan menunjukkan bahwa gaya gesekan statis maksimum berbanding lurus dengan gaya reaksi penyangga:
di mana modulus gaya gesekan statis maksimum; N– gaya reaksi pendukung (tekanan normal); - koefisien gesekan statis (proporsionalitas). Oleh karena itu, gaya gesekan statis maksimum berbanding lurus dengan gaya tekanan normal.
Jika kita melakukan percobaan dengan dinamometer dan batang bermassa konstan, sambil memutar batang di sisi yang berbeda (mengubah luas kontak dengan meja), kita dapat melihat bahwa gaya gesekan statis maksimum tidak berubah ( Gambar 5). Oleh karena itu, gaya gesekan statis maksimum tidak bergantung pada bidang kontak.
Beras. 5. Nilai maksimum gaya gesekan statis tidak tergantung pada bidang kontak
Studi yang lebih akurat menunjukkan bahwa gesekan statis sepenuhnya ditentukan oleh gaya yang diterapkan pada tubuh dan formula.
Gaya gesekan statis tidak selalu mencegah tubuh bergerak. Misalnya, gaya gesekan statis bekerja pada sol sepatu, sambil memberikan akselerasi dan memungkinkan Anda berjalan di tanah tanpa tergelincir (Gbr. 6).
Beras. 6. Gaya gesekan statis yang bekerja pada sol sepatu
Contoh lain: gaya gesekan statis yang bekerja pada roda mobil memungkinkan Anda untuk mulai bergerak tanpa tergelincir (Gbr. 7).
Beras. 7. Gaya gesekan statis yang bekerja pada roda mobil
Dalam penggerak sabuk, gaya gesekan statis juga bekerja (Gbr. 8).
Beras. 8. Gaya gesekan statis pada penggerak sabuk
Jika benda bergerak, maka gaya gesekan yang bekerja padanya dari sisi permukaan tidak hilang, jenis gesekan ini disebut gesekan geser. Pengukuran menunjukkan bahwa gaya gesekan geser praktis sama besarnya dengan gaya gesekan statis maksimum (Gbr. 9).
Beras. 9. Gaya gesekan geser
Gaya gesekan geser selalu diarahkan terhadap kecepatan tubuh, yaitu mencegah gerakan. Akibatnya, ketika tubuh bergerak hanya di bawah aksi gaya gesekan, itu memberikan percepatan negatif padanya, yaitu, kecepatan tubuh terus menurun.
Besarnya gaya gesek geser juga sebanding dengan gaya tekanan normal.
di mana modulus gaya gesekan geser; N– gaya reaksi pendukung (tekanan normal); – koefisien gesekan geser (proporsionalitas).
Gambar 10 menunjukkan grafik ketergantungan gaya gesekan pada gaya yang diberikan. Ini menunjukkan dua area yang berbeda. Bagian pertama, di mana gaya gesekan meningkat dengan peningkatan gaya yang diterapkan, sesuai dengan gesekan statis. Bagian kedua, di mana gaya gesekan tidak bergantung pada gaya luar, berhubungan dengan gesekan geser.
Beras. 10. Grafik ketergantungan gaya gesekan pada gaya yang diterapkan
Koefisien gesekan geser kira-kira sama dengan koefisien gesekan statis. Biasanya, koefisien gesekan geser kurang dari satu. Ini berarti bahwa gaya gesekan geser lebih kecil dari gaya tekanan normal.
Koefisien gesekan geser adalah karakteristik dari dua benda yang saling bergesekan, itu tergantung pada bahan apa benda itu dibuat dan seberapa baik permukaan diproses (halus atau kasar).
Asal usul gaya gesekan statis dan geser disebabkan oleh fakta bahwa setiap permukaan pada tingkat mikroskopis tidak rata, selalu ada ketidakhomogenan mikroskopis pada permukaan apa pun (Gbr. 11).
Beras. 11. Permukaan tubuh pada tingkat mikroskopis
Ketika dua benda yang bersentuhan mengalami upaya untuk bergerak relatif satu sama lain, ketidakhomogenan ini terkait dan mencegah gerakan ini. Dengan sedikit gaya yang diterapkan, ikatan ini cukup untuk mencegah benda bergerak, sehingga timbul gesekan statis. Ketika gaya eksternal melebihi gesekan statis maksimum, maka pengikatan kekasaran tidak cukup untuk menahan tubuh, dan mereka mulai bergeser relatif satu sama lain, sementara gaya gesekan geser bekerja di antara tubuh.
Jenis gesekan ini terjadi ketika tubuh berguling satu sama lain atau ketika satu tubuh berguling di permukaan yang lain. Gesekan menggelinding, seperti gesekan geser, memberikan percepatan negatif pada tubuh.
Terjadinya gaya gesek gelinding disebabkan oleh deformasi badan gelinding dan permukaan penyangga. Jadi, roda yang terletak di permukaan horizontal merusak yang terakhir. Ketika roda bergerak, deformasi tidak memiliki waktu untuk pulih, sehingga roda harus mendaki bukit kecil sepanjang waktu, yang menyebabkan momen gaya yang memperlambat putaran.
Beras. 12. Terjadinya gaya gesekan bergulir
Besarnya gaya gesek guling, sebagai suatu peraturan, berkali-kali lebih kecil daripada gaya gesek luncur, semua hal lain dianggap sama. Karena itu, menggelinding adalah jenis gerakan yang umum dalam rekayasa.
Ketika benda padat bergerak dalam cairan atau gas, gaya hambatan bekerja padanya dari sisi medium. Gaya ini diarahkan melawan kecepatan tubuh dan memperlambat gerakan (Gbr. 13).
Fitur utama dari gaya resistensi adalah bahwa hal itu terjadi hanya dengan adanya gerakan relatif tubuh dan lingkungannya. Artinya, gaya gesekan statis dalam cairan dan gas tidak ada. Ini mengarah pada fakta bahwa seseorang dapat memindahkan bahkan tongkang berat yang ada di atas air.
Beras. 13. Gaya tahanan yang bekerja pada suatu benda ketika bergerak dalam zat cair atau gas
Modulus gaya resistansi tergantung pada:
Dari ukuran tubuh dan bentuk geometrisnya (Gbr. 14);
Kondisi permukaan tubuh (Gbr. 15);
Sifat cairan atau gas (Gbr. 16);
Kecepatan relatif tubuh dan lingkungannya (Gbr. 17).
Beras. 14. Ketergantungan modulus gaya resistansi pada bentuk geometris
Beras. 15. Ketergantungan modulus gaya resistensi pada keadaan permukaan tubuh
Beras. 16. Ketergantungan modulus gaya resistansi pada sifat-sifat cairan atau gas
Beras. 17. Ketergantungan modulus gaya tahanan pada kecepatan relatif benda dan lingkungannya
Gambar 18 menunjukkan grafik ketergantungan gaya tahanan pada kecepatan benda. Pada kecepatan relatif sama dengan nol, gaya hambat tidak bekerja pada benda. Dengan peningkatan kecepatan relatif, gaya resistensi pertama tumbuh perlahan, dan kemudian tingkat pertumbuhan meningkat.
Beras. 18. Grafik ketergantungan gaya tahanan pada kecepatan benda
Pada nilai kecepatan relatif yang rendah, gaya hambat berbanding lurus dengan nilai kecepatan ini:
di mana adalah nilai kecepatan relatif; - koefisien resistensi, yang tergantung pada jenis media kental, bentuk dan ukuran tubuh.
Jika kecepatan relatif cukup besar, maka gaya hambat menjadi sebanding dengan kuadrat kecepatan ini.
di mana adalah nilai kecepatan relatif; adalah koefisien drag.
Pilihan formula untuk setiap kasus tertentu ditentukan secara empiris.
Sebuah benda bermassa 600 g bergerak secara seragam sepanjang permukaan horizontal (Gbr. 19). Dalam hal ini, sebuah gaya diterapkan padanya, yang nilainya 1,2 N. Tentukan nilai koefisien gesekan antara benda dan permukaan.
Target: Untuk mengkonsolidasikan pengetahuan yang diperoleh tentang gesekan dan jenis-jenis gesekan.
Proses kerja:
1.
Pelajari bagian teoretisnya
2.
Lengkapi tabel 1.
3.
Selesaikan masalah sesuai dengan opsi dari tabel 2.
4.
Jawab pertanyaan keamanan.
Tabel 1
Meja 2
|
Seorang pemain skat melaju di atas permukaan es horizontal licin dengan inersia 80 m. Tentukan gaya gesek dan kecepatan awal jika massa pemain skating adalah 60 kg dan koefisien gesekannya 0,015 |
|
|
Sebuah benda bermassa 4,9 kg terletak pada bidang mendatar. Berapa gaya yang harus diberikan pada benda dalam arah horizontal untuk memberikan percepatan 0,5 m / s 2 dengan koefisien gesekan 0,1? |
|
|
Sebuah balok kayu bermassa 500 g terletak di atas meja horizontal, yang digerakkan oleh beban 300 g yang digantungkan dari ujung vertikal seutas benang yang dilemparkan ke atas balok yang dipasang di ujung meja. Koefisien gesekan selama gerakan batang adalah 0,2. Dengan percepatan berapa balok akan bergerak? |
Gaya gesek adalah gaya yang terjadi antara permukaan benda yang bersentuhan. Jika tidak ada pelumasan antara permukaan, maka gesekan disebut kering. Gaya gesekan kering berbanding lurus dengan gaya yang menekan permukaan satu sama lain dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengan kemungkinan gerakan. Koefisien proporsionalitas disebut koefisien gesekan. Gaya tekan tegak lurus terhadap permukaan. Ini disebut reaksi dukungan normal.
Hukum gesekan pada zat cair dan gas berbeda dengan hukum gesekan kering. Gesekan dalam cairan dan gas tergantung pada kecepatan gerakan: pada kecepatan rendah sebanding dengan kuadrat, dan pada kecepatan tinggi sebanding dengan pangkat tiga kecepatan.
Rumus solusi:
Dimana "k" adalah koefisien gesekan, "N" adalah reaksi normal dari tumpuan.
Hukum II Newton dan persamaan gerak dalam bentuk vektor. F=ma
Menurut hukum ketiga Newton N = - mg
ekspresi untuk kecepatan
Persamaan gerak untuk gerak kinematik dipercepat seragam
; 0 - V = a t di mana 0 adalah kecepatan akhir V adalah kecepatan awal
Algoritma untuk memecahkan masalah tipikal:
1. Tuliskan secara singkat kondisi masalahnya.
2. Kami menggambarkan kondisi secara grafis dalam kerangka acuan arbitrer, yang menunjukkan gaya yang bekerja pada benda (titik), termasuk reaksi normal penyangga dan gaya gesekan, kecepatan dan percepatan benda.
3. Kami mengoreksi dan menunjuk sistem referensi pada gambar dengan memperkenalkan asal waktu dan menentukan sumbu koordinat untuk gaya dan percepatan. Lebih baik mengarahkan salah satu sumbu di sepanjang reaksi normal penyangga, dan mulai menghitung waktu pada saat benda (titik) berada pada koordinat nol.
4. Kami menulis dalam bentuk vektor hukum kedua Newton dan persamaan gerak. Persamaan gerak dan kecepatan adalah ketergantungan perpindahan (jalur) dan kecepatan terhadap waktu.
5. Kami menulis persamaan yang sama dalam bentuk skalar: dalam proyeksi pada sumbu koordinat. Kami menuliskan ekspresi untuk gaya gesekan.
6. Kami memecahkan persamaan dalam bentuk umum.
7. Substitusikan nilai-nilai dalam solusi umum, hitung.
8. Tuliskan jawabannya.
Bagian teoretis
Gesekan adalah resistensi benda yang bersentuhan dengan gerakan relatif satu sama lain. Gesekan menyertai setiap gerakan mekanis, dan keadaan ini memiliki konsekuensi penting dalam kemajuan teknis modern.
Gaya gesekan adalah gaya resistensi terhadap gerakan benda yang bersentuhan relatif satu sama lain.Gesekan dijelaskan oleh dua alasan: kekasaran permukaan benda yang bergesekan dan interaksi molekul di antara keduanya. Jika kita melampaui batas mekanika, maka harus dikatakan bahwa gaya gesekan berasal dari elektromagnetik, serta gaya elastisitas. Masing-masing dari dua penyebab gesekan di atas dalam kasus yang berbeda memanifestasikan dirinya ke tingkat yang berbeda. Misalnya, jika permukaan kontak benda gosok padat memiliki penyimpangan yang signifikan, maka istilah utama dalam gaya gesekan yang muncul di sini akan disebabkan oleh keadaan ini, yaitu. ketidakrataan, kekasaran permukaan benda gosok Benda yang bergerak dengan gesekan relatif satu sama lain harus menyentuh permukaan atau bergerak satu di lingkungan yang lain. Gerakan benda relatif terhadap satu sama lain mungkin tidak timbul karena adanya gesekan jika gaya penggeraknya kurang dari gaya gesekan statis maksimum. Jika permukaan kontak benda gosok padat dipoles sempurna dan halus, maka istilah utama gaya gesekan yang timbul dalam hal ini akan ditentukan oleh adhesi molekuler antara permukaan gosok benda.
Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci proses munculnya gaya gesekan geser dan istirahat di persimpangan dua benda yang bersentuhan. Jika Anda melihat permukaan benda di bawah mikroskop, Anda akan melihat kekasaran mikro, yang akan kami gambarkan dalam bentuk yang diperbesar (Gbr. 1, a).Mari kita perhatikan interaksi benda yang berkontak menggunakan contoh sepasang ketidakberaturan ( punggungan dan palung) (Gbr. 3, b). Dalam kasus ketika tidak ada gaya yang mencoba menyebabkan gerakan, sifat interaksi pada kedua lereng kekasaran mikro adalah serupa. Dengan sifat interaksi ini, semua komponen horizontal dari gaya interaksi saling menyeimbangkan, dan semua komponen vertikal dijumlahkan dan membentuk gaya N (reaksi tumpuan) (Gbr. 2, a).
Gambaran yang berbeda dari interaksi benda diperoleh ketika gaya mulai bekerja pada salah satu benda. Dalam hal ini, titik kontak akan didominasi pada "lereng" yang tersisa pada gambar. Tubuh pertama akan memberi tekanan pada tubuh kedua. Intensitas tekanan ini dicirikan oleh gaya R. Benda kedua, sesuai dengan hukum ketiga Newton, akan bekerja pada benda pertama. Intensitas aksi ini dicirikan oleh gaya R (menopang reaksi). Gaya R
dapat didekomposisi menjadi komponen: gaya N, diarahkan tegak lurus ke permukaan kontak benda, dan gaya Fsc, diarahkan melawan aksi gaya F (Gbr. 2, b).
Setelah mempertimbangkan interaksi tubuh, dua poin harus diperhatikan.
1) Dalam interaksi dua benda, sesuai dengan hukum ketiga Newton, dua gaya R dan R" muncul; untuk kenyamanan memperhitungkannya ketika memecahkan masalah, kami menguraikan gaya R menjadi komponen N dan Fsc (Ftr dalam kasus gerak).
2) Gaya N dan F Tp memiliki sifat yang sama (interaksi elektromagnetik); tidak mungkin sebaliknya, karena ini adalah komponen dari gaya yang sama R.
Dalam teknologi modern, penggantian gesekan geser dengan gesekan guling sangat penting untuk mengurangi efek berbahaya dari gaya gesekan. Gaya gesekan menggelinding didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk menggelinding lurus secara seragam suatu benda pada bidang horizontal. Telah ditetapkan oleh pengalaman bahwa gaya gesekan bergulir dihitung dengan rumus:
di mana F adalah gaya gesekan bergulir; k adalah koefisien gesekan guling; P adalah gaya tekanan benda menggelinding pada tumpuan dan R adalah jari-jari benda menggelinding.
Dari latihannya jelas, dari rumusnya jelas bahwa semakin besar jari-jari badan gelinding, semakin sedikit hambatan yang ditimbulkan oleh ketidakrataan permukaan penyangga padanya.
Perhatikan bahwa koefisien gesekan guling, berbeda dengan koefisien gesekan geser, adalah nilai bernama dan dinyatakan dalam satuan panjang - meter.
Gesekan geser diganti dengan gesekan guling, dalam kasus yang diperlukan dan mungkin, dengan mengganti bantalan biasa dengan bantalan gelinding.
Ada gesekan eksternal dan internal (atau disebut viskositas). Jenis gesekan ini disebut eksternal, di mana gaya muncul pada titik kontak benda padat yang menghambat gerakan timbal balik benda dan diarahkan secara tangensial ke permukaannya.
Gesekan internal (viskositas) adalah jenis gesekan, terdiri dari fakta bahwa dengan perpindahan timbal balik. Lapisan cairan atau gas di antara mereka ada gaya tangensial yang mencegah gerakan seperti itu.
Gesekan eksternal dibagi menjadi gesekan diam (gesekan statis) dan gesekan kinematik. Gesekan istirahat muncul antara benda padat tetap ketika salah satu dari mereka mencoba untuk bergerak. Gesekan kinematik terjadi antara benda tegar yang bergerak saling bersentuhan. Gesekan kinematik, pada gilirannya, dibagi lagi menjadi gesekan geser dan gesekan guling.
Gaya gesekan memegang peranan penting dalam kehidupan manusia. Dalam beberapa kasus dia menggunakannya, dan dalam kasus lain dia melawan mereka. Gaya gesekan bersifat elektromagnetik.
Jenis gaya gesekan.
Gaya gesekan bersifat elektromagnetik, yaitu gaya gesekan didasarkan pada gaya listrik interaksi molekul. Mereka bergantung pada kecepatan gerakan tubuh relatif satu sama lain.
Ada 2 jenis gesekan: kering dan cair.
1. Gesekan cairan adalah gaya yang muncul ketika benda padat bergerak dalam cairan atau gas, atau ketika satu lapisan cairan (gas) bergerak relatif terhadap yang lain dan memperlambat gerakan ini.
Dalam cairan dan gas, tidak ada gaya gesekan statis.
Pada kecepatan rendah dalam cairan (gas):
Ftr = k1v,
di mana k1 adalah koefisien drag, tergantung pada bentuk, ukuran tubuh dan cahaya dalam medium. Ditentukan oleh pengalaman.
Pada kecepatan tinggi:
Ftr = k2v,
dimana k2 adalah koefisien drag.
2. Gesekan kering adalah gaya yang timbul dari kontak langsung benda, dan selalu diarahkan sepanjang permukaan kontak benda elektromagnetik secara tepat dengan memutus ikatan molekul.
Gesekan istirahat.
Pertimbangkan interaksi batang dengan permukaan meja. Permukaan benda yang bersentuhan tidak sepenuhnya rata. Gaya tarik terbesar terjadi antara atom-atom zat yang berada pada jarak minimum satu sama lain, yaitu pada mikroskopis tonjolan. Gaya tarik total atom-atom benda yang bersentuhan begitu signifikan sehingga bahkan di bawah aksi gaya eksternal yang diterapkan pada batang yang sejajar dengan permukaan kontaknya dengan meja, batang tetap diam. Ini berarti bahwa gaya yang bekerja pada batang sama nilainya dengan gaya luar, tetapi arahnya berlawanan. Gaya ini adalah gaya gesekan statis Ketika gaya yang diberikan mencapai nilai kritis maksimum yang cukup untuk memutuskan ikatan antara tonjolan, batang mulai meluncur di atas meja. Gaya gesekan statik maksimum tidak bergantung pada luas bidang kontak.Menurut hukum III Newton, gaya tekanan normal sama dengan nilai mutlak gaya reaksi tumpuan N.
Gaya gesekan statis maksimum sebanding dengan gaya tekanan normal: 
di mana adalah koefisien gesekan statis.
Koefisien gesekan statis tergantung pada sifat perlakuan permukaan dan pada kombinasi bahan yang membentuk badan kontak. Pemrosesan permukaan kontak halus berkualitas tinggi mengarah pada peningkatan jumlah atom yang tertarik dan, karenanya, peningkatan koefisien gesekan statis.
Nilai maksimum gaya gesekan statis sebanding dengan modulus gaya F d dari tekanan yang diberikan oleh benda pada tumpuan.
Nilai koefisien gesekan statis dapat ditentukan sebagai berikut. Biarkan tubuh (batang datar) terletak pada bidang miring AB (Gbr. 3). Tiga gaya bekerja padanya: gravitasi F, gaya gesekan statis Fp dan gaya reaksi penyangga N. Komponen normal Fp gravitasi adalah gaya tekanan Fd yang dihasilkan oleh benda pada penyangga, yaitu.
FН=Fд. Komponen tangensial Ft gravitasi adalah gaya yang cenderung menggerakkan benda ke bawah pada bidang miring.
Pada sudut kecil kemiringan a, gaya Ft seimbang dengan gaya gesekan statis Fp dan benda diam pada bidang miring (gaya reaksi tumpuan N menurut hukum ketiga Newton sama besar dan berlawanan arah dengan gaya Fd, yaitu, menyeimbangkannya).
Kami akan meningkatkan sudut kemiringan a sampai tubuh mulai meluncur ke bawah bidang miring. Pada saat ini
Fт=FпmaxDari gambar. 3 menunjukkan bahwa Ft=Fsin = mgsin; Fn \u003d Fcos \u003d mgcos.
kita mendapatkan
fн=sin/cos=tg.
Setelah mengukur sudut di mana geser tubuh dimulai, dimungkinkan untuk menghitung nilai koefisien gesekan statis fp dengan rumus.
Beras. 3. Gesekan istirahat.
gesekan geser
Gesekan geser terjadi ketika gerakan relatif dari benda yang bersentuhan.
Gaya gesekan geser selalu diarahkan ke arah yang berlawanan dengan kecepatan relatif benda yang bersentuhan.
Ketika satu benda mulai meluncur di atas permukaan benda lain, ikatan antara atom (molekul) dari benda yang awalnya tidak bergerak terputus, dan gesekan berkurang. Dengan gerakan relatif lebih lanjut dari benda-benda, ikatan baru terus-menerus terbentuk di antara atom-atom. Dalam hal ini, gaya gesekan geser tetap konstan, sedikit lebih kecil dari gaya gesekan statis. Seperti gaya gesekan statis maksimum, gaya gesekan geser sebanding dengan gaya tekanan normal dan, oleh karena itu, dengan gaya reaksi tumpuan:
, di mana adalah koefisien gesekan geser (), tergantung pada sifat-sifat permukaan yang bersentuhan.
Beras. 3. Geser gesekan
pertanyaan tes
- Apa itu gesekan luar dan dalam?
- Jenis gesekan apa yang termasuk gesekan statis?
- apa itu gesekan kering dan cair?
- Berapakah gaya gesekan statis maksimum?
- Bagaimana cara menentukan nilai koefisien gesekan statis?
Mari kita menempatkan pengalaman
Mari kita dorong balok yang tergeletak di atas meja, berikan kecepatan awal. Kita akan melihat bahwa bar meluncur di atas meja dan kecepatannya berkurang hingga berhenti total (Gambar 17.1 menunjukkan posisi bar yang berurutan secara berkala). Seperti yang sudah Anda ketahui dari kursus fisika sekolah dasar, gaya gesekan geser yang bekerja padanya dari sisi meja memperlambat bilah.
Gaya gesekan geser bekerja pada masing-masing benda yang bersentuhan ketika mereka bergerak relatif satu sama lain.
Gaya-gaya ini bekerja pada masing-masing benda yang berkontak (Gbr. 17.2). Mereka sama dalam nilai mutlak dan berlawanan arah, karena mereka dihubungkan oleh hukum ketiga Newton. 
Ketika balok meluncur di atas meja, kita tidak memperhatikan gaya gesekan geser yang bekerja pada meja dari sisi batang, karena meja menempel pada lantai (atau gaya gesekan statis yang agak besar bekerja pada meja dari lantai. , yang akan dibahas nanti).
Jika Anda mendorong sebuah batang yang terletak di atas kereta, maka di bawah aksi gaya gesekan geser yang bekerja pada kereta dari sisi batang, kereta akan bergerak dengan percepatan, dan kecepatan batang relatif terhadap kereta akan berkurang.
1. Berapa kali percepatan batang relatif terhadap meja dalam percobaan ini lebih besar dari percepatan kereta relatif terhadap meja, jika massa batang adalah 200 g dan massa kereta adalah 600 g? Gesekan antara troli dan meja dapat diabaikan.
Gaya gesekan geser diarahkan sepanjang permukaan kontak benda. Gaya gesekan yang bekerja pada setiap benda diarahkan berlawanan dengan kecepatan benda ini relatif terhadap benda lain.
Gaya gesekan geser terutama disebabkan oleh pengikatan dan penghancuran ketidakteraturan benda yang bersentuhan (ketidakberaturan ini dilebih-lebihkan pada Gambar 17.3 untuk kejelasan). Oleh karena itu, biasanya semakin halus permukaan benda yang bersentuhan, semakin kecil gaya gesekan di antara mereka. 
Namun, jika permukaan kontak dibuat sangat halus (misalnya, jika dipoles), maka gaya gesekan geser dapat meningkat karena aksi gaya tarik antarmolekul.
Mari kita cari tahu pada apa gaya gesekan geser itu bergantung.
Apa pengaruh gaya gesekan geser?
Mari kita menempatkan pengalaman
Dengan menggunakan dinamometer, kami akan menarik batang di sepanjang meja dengan kecepatan konstan (Gbr. 17.4, a), menerapkan gaya yang diarahkan secara horizontal, mis. 
Ketika bergerak dengan kecepatan konstan, percepatan balok adalah nol. Akibatnya, gaya gesek geser yang bekerja pada batang dari sisi meja diseimbangkan dengan gaya elastik yang bekerja pada batang dari sisi dinamometer. Ini berarti bahwa gaya-gaya ini sama dalam nilai absolut, yaitu, dinamometer menunjukkan modulus gaya gesekan.
Mari kita ulangi percobaan dengan menempatkan batang serupa lainnya pada batang (Gbr. 17.4, b). Kita akan melihat bahwa gaya gesekan geser menjadi dua kali lipat. Kami sekarang mencatat bahwa dalam percobaan ini (dibandingkan dengan percobaan dengan satu batang) gaya reaksi normal juga berlipat ganda.
Dengan mengubah gaya reaksi normal, dapat dipastikan bahwa modulus gaya gesek geser Ftr sebanding dengan modulus gaya reaksi normal N:
F tr.sk \u003d N. (satu)
Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, gaya gesekan geser praktis tidak tergantung pada kecepatan relatif gerakan benda yang bersentuhan dan pada area kontaknya.
Koefisien proporsionalitas disebut koefisien gesekan. Hal ini ditentukan dari pengalaman (lihat Lab 4). Itu tergantung pada bahan dan kualitas pemrosesan permukaan yang bersentuhan. Pada selebaran buku masalah (di bawah sampul) nilai perkiraan koefisien gesekan untuk beberapa jenis permukaan diberikan.
Koefisien gesek ban di aspal basah atau di atas es lebih kecil dari koefisien gesek ban di aspal kering. Oleh karena itu, jarak pengereman mobil meningkat secara signifikan saat hujan atau es. Sebuah tanda jalan memperingatkan pengemudi tentang jalan licin (Gbr. 17.5). 
2. Sebuah benda bermassa m bergerak sepanjang permukaan horizontal. Koefisien gesekan antara benda dan permukaan .
a) Berapakah gaya gesekan geser?
b) Dengan modulus percepatan berapakah benda bergerak jika hanya gaya gravitasi, gaya reaksi normal, dan gaya gesekan geser yang bekerja padanya?
3. Sebuah balok yang terletak di atas meja diberi kecepatan 2 m/s, dan berhenti sejauh 1 m (jarak perhentian). Berapakah koefisien gesekan antara batang dan meja?
4. Kita dapat mengasumsikan bahwa gaya gesekan geser bekerja pada mobil selama pengereman. Perkirakan jarak berhenti mobil di trotoar kering dan di atas es dengan kecepatan awal 60 km/jam; 120 km/jam Bandingkan nilai yang ditemukan dengan panjang kelas.
Jawaban yang Anda dapatkan akan mengejutkan Anda. Mungkin, Anda akan menjadi lebih berhati-hati di jalan saat hujan dan terutama es.
2. Gaya gesekan statis
Mari kita menempatkan pengalaman
Coba pindahkan kabinet (Gbr. 17.6). Itu akan tetap diam bahkan jika Anda menerapkan cukup banyak kekuatan untuk itu.
Gaya apa yang menyeimbangkan gaya yang diarahkan secara horizontal yang Anda terapkan pada kabinet? Ini adalah gaya gesekan statis yang bekerja pada kabinet dari sisi lantai. 
Gaya gesekan statis muncul ketika Anda mencoba untuk memindahkan salah satu benda yang bersentuhan relatif terhadap yang lain dalam kasus ketika tubuh tetap diam relatif satu sama lain. Kekuatan ini mencegah gerakan relatif benda.
5. Apakah gaya gesekan statis bekerja pada lantai dari sisi kabinet (Gbr. 17.6)?
Penyebab gaya gesekan statis mirip dengan penyebab gaya gesekan geser: adanya ketidakteraturan pada permukaan kontak benda dan aksi gaya tarik antarmolekul.
Kami secara bertahap akan meningkatkan gaya horizontal yang diterapkan pada kabinet. Setelah mencapai nilai tertentu, kabinet akan bergerak dan mulai meluncur di lantai. Akibatnya, modulus gaya gesekan statis Ftr.pok tidak melebihi nilai batas tertentu, yang disebut gaya gesekan statis maksimum.
Pengalaman menunjukkan bahwa gaya gesekan statis maksimum sedikit lebih besar daripada gaya gesekan geser. Namun, untuk menyederhanakan penyelesaian masalah sekolah, diasumsikan bahwa gaya gesekan statik maksimum sama dengan gaya gesekan geser:
F tr.pok N. (2)
Jika tubuh dalam keadaan diam, maka gaya gesekan statis tr.pok menyeimbangkan gaya yang diarahkan sepanjang permukaan kontak tubuh dan cenderung untuk menggerakkan tubuh.
Oleh karena itu, dalam hal ini
F tr.pok = F. (3)
Harap dicatat: gaya gesekan statis memenuhi dua hubungan - ketidaksetaraan (4) dan persamaan (5). Dari mereka berikut ketidaksetaraan untuk gaya yang tidak dapat menggerakkan tubuh:
Jika F > N, maka tubuh akan mulai meluncur, dan lemak gesekan geser akan bekerja padanya. Pada kasus ini
F tr \u003d F tr.sk \u003d N.
Hubungan (3) dan (5) diilustrasikan oleh grafik ketergantungan gaya gesekan Ftr pada gaya F yang diterapkan pada benda (Gbr. 17.7). 
6. Sebuah gaya horizontal yang besarnya sama dengan F diterapkan pada sebuah batang bermassa 1 kg yang terletak di atas meja.Koefisien gesekan antara batang dan meja adalah 0,3. Berapakah gaya gesekan yang bekerja pada batang dari sisi meja jika F = 2 N? F = 5 N?
7. Sebuah traktor menarik seikat kayu seberat 10 ton secara horizontal dengan gaya 40 kN. Berapakah percepatan ikatan jika koefisien gesekan antara batang kayu dan jalan adalah 0,3? 0,5?
8. Sebuah batang bermassa 1 kg yang terletak di atas meja ditarik oleh pegas horizontal dengan kekakuan 100 N/m. Koefisien gesekan 0,3. Berapakah perpanjangan x pegas jika batang dalam keadaan diam? bergerak dengan kecepatan 0,5 m/s?
Bisakah gesekan menjadi kekuatan pendorong?
Mengambil langkah, seseorang mendorong jalan ke belakang, bekerja di atasnya dengan gaya gesekan statis mp1: setelah semua, sol selama dorongan bersandar relatif terhadap jalan (ini kadang-kadang ditunjukkan dengan jejak sol yang jelas) (Gbr. 17.8, a). Menurut hukum ketiga Newton, dari sisi jalan seseorang dipengaruhi oleh modulus gaya gesekan statis yang sama tr2 yang diarahkan ke depan. 
Gaya gesekan statis juga mempercepat mobil (Gbr. 17.8, b). Ketika roda menggelinding tanpa slip, titik terendahnya adalah diam relatif terhadap jalan. Roda penggerak mobil (digerakkan oleh mesin) mendorong jalan ke belakang, bekerja di atasnya dengan gaya gesekan statis mp1. Menurut hukum ketiga Newton, jalan dengan atom mendorong roda (dan dengan itu mobil) maju dengan gaya gesekan statis mp2. Gaya inilah yang sering disebut gaya traksi.
9. Apa tujuan dibuatnya lokomotif (lokomotif listrik dan diesel) menjadi sangat masif?
10. Koefisien gesekan antara ban roda penggerak mobil dan jalan adalah 0,5. Asumsikan bahwa hambatan udara dapat diabaikan.
a) Dengan percepatan maksimum berapakah sebuah mobil dapat bergerak jika semua rodanya bergerak?
b) Apakah percepatan maksimum yang mungkin dari mobil bertambah atau berkurang jika hanya roda depan atau hanya roda belakang yang digerakkan? Justifikasi jawaban Anda.
Petunjuk. Percepatan mobil disebabkan oleh aksi gaya gesekan statis dari sisi jalan. 
Pertanyaan dan tugas tambahan
11. Gambar 17.9 menunjukkan grafik ketergantungan gaya gesekan geser pada gaya reaksi normal saat menggerakkan tiga batang berbeda di atas meja. Antara batang dan meja manakah koefisien gesekan yang paling besar? Apa itu sama dengan?
12. Di atas meja ada tumpukan empat buku identik dengan berat masing-masing 500 g (Gbr. 17.10). Koefisien gesekan antara sampul buku adalah 0,4. Gaya yang diarahkan secara horizontal apa yang harus diterapkan untuk menahan buku-buku yang tersisa:
a) pindahkan buku 4?
b) pindahkan buku 3 dan 4 bersama-sama?
c) mengeluarkan buku 3?
d) mengeluarkan buku 2?
