Target: Untuk mengkonsolidasikan pengetahuan yang diperoleh tentang gesekan dan jenis-jenis gesekan.

Proses kerja:

1. Pelajari bagian teoretis
2. Lengkapi tabel 1.
3. Selesaikan masalah sesuai dengan opsi dari tabel 2.
4. Jawab pertanyaan keamanan.

Tabel 1

Meja 2

	Seorang pemain skating melaju di atas permukaan es mendatar yang 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?
	Di atas meja horizontal terletak sebuah balok kayu bermassa 500 g, yang digerakkan oleh beban 300 g yang digantungkan pada 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 terhadap 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 pada 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 sebuah 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 (reaksi pendukung). 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 merata dari sebuah 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 luncur, 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

1. Apa itu gesekan luar dan dalam?
2. Jenis gesekan apa yang termasuk gesekan statis?
3. apa itu gesekan kering dan cair?
4. Berapakah gaya gesekan statis maksimum?
5. Bagaimana cara menentukan nilai koefisien gesekan statis?

1. Agar sebuah benda (buku yang tergeletak di atas meja, sebuah kotak di lantai, dll.) dapat bergerak, sebuah gaya harus diberikan padanya. Dalam hal ini, dengan peningkatan kekuatan secara bertahap, tubuh akan tetap diam selama beberapa waktu, dan pada nilai tertentu dari gaya yang diterapkan, itu akan mulai bergerak. Gaya yang dihasilkan oleh kontak langsung antara dua benda disebut gaya gesek. Gaya ini selalu diarahkan sepanjang permukaan kontak.

Sebuah buku yang terletak di atas meja bekerja pada bidang vertikal oleh gaya keseimbangan gravitasi \(\vec(F)_t \) , dan elastisitas (reaksi tumpuan), pada bidang horizontal gaya yang diberikan padanya \ (\vec(F) \) . Karena buku tetap tidak bergerak selama beberapa waktu, ini berarti bahwa gaya lain bekerja pada bidang horizontal, yang nilainya sama dengan gaya \(\vec(F) \) dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengannya. Kekuatan ini adalah gaya gesekan statis. Semakin besar gaya yang diterapkan pada tubuh (saat tidak bergerak), semakin besar gaya gesekan statis.

Gaya gesekan statis adalah sama dalam nilai absolut dan berlawanan arah dengan gaya yang diterapkan pada benda yang diam sejajar dengan permukaan kontaknya dengan benda lain.

2. Pada nilai tertentu dari gaya yang diterapkan pada tubuh \(\vec(F) \) ia mulai bergerak. Pada saat batang mulai bergerak, gaya gesekan statis memiliki nilai maksimum \(\vec(F)_(tr.max) \) , yang sama dengan gaya gesekan geser. Semakin besar gaya tekanan benda pada permukaan kontak benda yang tegak lurus terhadap permukaan ini (gaya tekanan normal), semakin besar gaya gesekan statis maksimum, mis. ​\((F_(tr))_(max)=\mu N \) , di mana \(\mu \)​ adalah koefisien gesekan.

Gaya gesekan statis maksimum berbanding lurus dengan gaya tekanan normal.

Gaya gesekan statis mencegah tubuh untuk mulai bergerak. Di sisi lain, gaya gesekan statis dapat menjadi penyebab percepatan gerak tubuh. Jadi, saat berjalan, gaya gesekan statis \\ (F_ (tr) \) , yang bekerja pada sol, memberi tahu kita percepatan. Gaya \(F \) , sama dalam nilai absolut dengan gaya gesekan statis dan diarahkan ke arah yang berlawanan, memberikan percepatan pada tumpuan.

3. Ketika sebuah benda bergerak, gaya gesekan juga akan bekerja padanya, itu disebut gaya gesekan geser. Gaya gesekan geser adalah gaya yang bekerja ketika satu benda meluncur di atas permukaan benda lain dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengan gerakan benda tersebut. Ini sedikit kurang dari gaya gesekan statis maksimum dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengan gerakan tubuh relatif terhadap tubuh yang bersentuhan dengannya.

Gaya gesekan geser berbanding lurus dengan gaya tekanan normal: \((F_(tr))_(max)=\mu N \) . Dalam rumus ini \ (N \) adalah gaya tekanan normal, yaitu. gaya yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan benda yang bersentuhan; \(\mu \)​ - koefisien gesekan. Koefisien gesekan mencirikan permukaan benda yang bersentuhan. Itu ditentukan secara eksperimental dan diberikan dalam tabel.

Gesekan disebabkan oleh permukaan yang tidak rata. Dalam kasus permukaan yang dipoles dengan baik, molekul yang terletak di permukaan benda terletak berdekatan satu sama lain, dan gaya interaksi antarmolekul cukup besar.

4. Jika sebuah benda menggelinding pada permukaan benda lain, maka gaya gesekan juga bekerja padanya. Ini - gaya gesekan bergulir. Ini berbanding lurus dengan gaya tekanan normal (reaksi pendukung)\(N \)​ dan berbanding terbalik dengan jari-jari \(R \)​ dari benda yang menggelinding:​ \(F_(set)=\mu\frac(N)(R) \)​, di mana \(\mu \)​ adalah koefisien gesekan guling.

5. Ada sejumlah masalah praktis di mana perlu memperhitungkan gaya gesekan. Yang paling penting adalah tugas-tugas yang terkait dengan lalu lintas. Diketahui bahwa untuk menghindari kecelakaan, jarak tertentu antara mobil harus dijaga; dalam cuaca hujan atau dalam kondisi es, itu harus lebih besar daripada di cuaca kering.

Jarak yang ditempuh mobil saat mengerem hingga berhenti total disebut jarak berhenti. Jarak pengereman dihitung dengan menggunakan rumus \(s=\frac(v^2)(2a) \) .

Bagian 1

1. Saat mengukur koefisien gesekan, batang dipindahkan sepanjang permukaan horizontal meja dan nilai gaya gesekan diperoleh \(F_1 \) . Kemudian beban ditempatkan pada batang, yang massanya 2 kali lebih besar dari massa batang, dan diperoleh nilai gaya gesekan \(F_2\). Dalam hal ini, gaya gesekan \ (F_2 \)

1) sama dengan \(F_1 \)
2) 2 kali lebih banyak \(F_1 \)
3) 3 kali lebih banyak \(F_1 \)
4) 2 kali lebih sedikit \ (F_1 \)

2. Tabel tersebut menunjukkan hasil pengukuran gaya gesekan dan gaya tekanan normal dalam mempelajari hubungan antara besaran-besaran tersebut.

Keteraturan \(\mu=N/F_(tr) \)​ terpenuhi untuk gaya tekanan normal

1) hanya 0,4 N hingga 2,0 N
2) hanya 0,4 N hingga 3 N
3) hanya 0,4 N hingga 4,5 N
4) hanya 2,0 N hingga 4,5 N

3. Saat mengukur gaya gesekan, batang dipindahkan sepanjang permukaan horizontal meja dan nilai gaya gesekan \(F_1 \) diperoleh. Kemudian bilah dipindahkan, meletakkannya di atas meja dengan wajah, yang luasnya 2 kali lebih besar dari pada kasus pertama, dan diperoleh nilai gaya gesekan \(F_2\). Gaya gesekan \(F_2 \)

1) sama dengan \(F_1 \)
2) 2 kali lebih banyak \(F_1 \)
3) 2 kali lebih sedikit \ (F_1 \)
4) 4 kali lebih sedikit \ (F_1 \)

4. Dua balok kayu bermassa \(m_1 \)​ dan \(m_2 \) meluncur di sepanjang permukaan meja horizontal yang diperlakukan sama. Gaya gesekan geser \(F_1 \) dan \(F_1 \) masing-masing bekerja pada batang. Diketahui bahwa \(F_2=2F_1 \) . Oleh karena itu, \(m_1 \)​

1) \(m_1\)
2) \(2m_2\)
3)\(m_2/2\)
4) jawabannya tergantung pada nilai koefisien gesekan

5. Gambar tersebut menunjukkan grafik ketergantungan gaya gesekan pada gaya tekanan normal. Bandingkan nilai koefisien gesekan.

1)\(\mu_2=\mu_1 \) ​
2)\(\mu_2>\mu_1 \) ​
3) \(\mu_2<\mu_1 \)
4) \(\mu_2>>\mu_1 \)

6. Siswa melakukan percobaan untuk mengukur gaya gesekan yang bekerja pada dua benda yang bergerak sepanjang permukaan horizontal. Massa benda pertama\(m_1 \) , massa benda kedua\(m_2 \)​, dan ​\(m_1 =2m_2 \) . Dia mendapatkan hasil yang disajikan dalam gambar dalam bentuk diagram. Kesimpulan apa yang dapat ditarik dari analisis grafik?

1) gaya tekanan normal\(N_2=2N_1 \)​
2) gaya tekanan normal \ (N_1 \u003d N_2 \)
3) koefisien gesekan\(\mu_1=\mu_2 \)​
4) koefisien gesekan \(\mu_2=2\mu_1 \) ​

7. Dua mobil dengan massa yang sama bergerak satu di jalan aspal, dan yang lainnya di jalan tanah. Diagram menunjukkan nilai gaya gesekan untuk kendaraan ini. Bandingkan nilai koefisien gesekan (​\(\mu_1 \)​ dan \(\mu_2 \) ).

1)\(\mu_2=0.3\mu_1 \) ​
2) \(\mu_2=\mu_1 \)
3) \(\mu_2=1.5\mu_1 \)
4) \(\mu_2=3\mu_1\)

8. Gambar tersebut menunjukkan grafik ketergantungan gaya gesekan pada gaya tekanan normal. Berapakah koefisien gesekan?

1) 0,5
2) 0,2
3) 2
4) 5

9. Sebuah kereta luncur dengan berat 3 kg meluncur di sepanjang jalan mendatar. Gaya gesek geser pelari mereka di jalan adalah 6 N. Berapakah koefisien gesekan luncur pelari di jalan?

1) 0,2
2) 0,5
3) 2
4) 5

10. Ketika sebuah benda dengan berat 40 kg bergerak sepanjang permukaan horizontal, gaya gesekan geser sebesar 10 N bekerja. Apa yang akan menjadi gaya gesekan geser ketika massa benda berkurang 5 kali?

1) 1 N
2) 2 N
3) 4 N
4) 5 N

11. Tetapkan korespondensi antara besaran fisis (kolom kiri) dan sifat perubahannya (kolom kanan) dengan peningkatan massa batang yang bergerak di sepanjang meja. Dalam jawaban Anda, tuliskan nomor jawaban yang dipilih secara berurutan.

KUANTITAS FISIK
A. Gaya gesekan
B. Koefisien gesekan
B. Gaya tekanan normal

KARAKTER PERUBAHAN NILAI
1) menurun
2) meningkat
3) tidak berubah

12. Dari pernyataan-pernyataan di bawah ini, pilihlah dua yang benar dan tuliskan nomornya dalam tabel.

1) Gaya gesekan statis lebih besar dari gaya yang diterapkan pada benda.
2) Gaya gesek gelinding lebih kecil dari gaya gesek luncur untuk massa benda yang sama.
3) Koefisien gesekan geser berbanding lurus dengan gaya tekanan normal.
4) Gaya gesekan tergantung pada luas tumpuan benda yang bergerak dengan permukaannya yang diproses secara merata.
5) Gaya gesekan statis maksimum sama dengan gaya gesekan geser.

Bagian 2

13. Mobil dengan kecepatan 72 km/s mulai melambat dengan mesin dimatikan dan menempuh jarak 100 m. Berapa percepatan mobil dan waktu pengereman?

jawaban

Definisi

Dengan gaya gesekan disebut gaya yang terjadi selama gerakan relatif (atau upaya untuk bergerak) benda dan merupakan hasil dari perlawanan terhadap gerakan lingkungan atau benda lain.

Gaya gesekan muncul ketika benda (atau bagian-bagiannya) dalam kontak bergerak relatif satu sama lain. Dalam hal ini, gesekan yang muncul selama gerakan relatif dari benda yang bersentuhan disebut eksternal. Gesekan yang terjadi antara bagian-bagian dari satu benda padat (gas, cair) disebut internal.

Gaya gesek merupakan vektor yang memiliki arah sepanjang garis singgung permukaan gosok (lapisan). Dalam hal ini, gaya ini diarahkan untuk melawan perpindahan relatif dari permukaan (lapisan) ini. Jadi, jika dua lapisan cairan bergerak satu sama lain, sementara bergerak dengan kecepatan yang berbeda, maka gaya yang diterapkan pada lapisan yang bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi memiliki arah yang berlawanan dengan gerakan. Gaya yang bekerja pada lapisan yang bergerak dengan kecepatan lebih rendah diarahkan sepanjang gerakan.

Jenis gesekan

Gesekan yang terjadi antara permukaan benda padat disebut kering. Ini terjadi tidak hanya ketika permukaan meluncur, tetapi juga ketika mencoba menyebabkan pergerakan permukaan. Ini menciptakan gaya gesekan statis. Gesekan eksternal yang muncul antara benda yang bergerak disebut kinematik.

Hukum gesekan kering menunjukkan bahwa gaya gesekan statis maksimum dan gaya gesekan geser tidak bergantung pada luas permukaan kontak dari benda yang bersentuhan yang mengalami gesekan. Gaya-gaya ini sebanding dengan modulus gaya tekanan normal (N), yang menekan permukaan gosok:

di mana adalah koefisien gesekan tak berdimensi (saat diam atau meluncur). Koefisien ini tergantung pada sifat dan kondisi permukaan benda gosok, misalnya, pada adanya kekasaran. Jika gesekan terjadi sebagai akibat dari geser, maka koefisien gesekan adalah fungsi dari kecepatan. Cukup sering, alih-alih koefisien gesekan, sudut gesekan digunakan, yang sama dengan:

Sudutnya sama dengan sudut kemiringan minimum bidang ke cakrawala, di mana benda yang terletak di bidang ini mulai meluncur di bawah pengaruh gravitasi.

Hukum gesekan dianggap lebih akurat, yang memperhitungkan gaya tarik-menarik antara molekul-molekul benda yang mengalami gesekan:

di mana S adalah luas kontak total benda, p 0 adalah tekanan tambahan yang disebabkan oleh gaya tarik molekul, adalah koefisien gesekan yang sebenarnya.

Gesekan antara benda padat dan cairan (atau gas) disebut kental (cair). Gaya gesekan viskos menjadi sama dengan nol jika kecepatan gerak relatif benda hilang.

Ketika sebuah benda bergerak dalam cairan atau gas, gaya hambatan medium muncul, yang bisa menjadi jauh lebih besar daripada gaya gesekan. Besarnya gaya gesek geser bergantung pada bentuk, ukuran dan kondisi permukaan benda, kecepatan benda relatif terhadap medium, viskositas medium. Pada kecepatan yang tidak terlalu tinggi, gaya gesekan dihitung dengan menggunakan rumus:

dimana tanda minus berarti gaya gesek mempunyai arah yang berlawanan dengan arah vektor kecepatan. Dengan peningkatan kecepatan benda dalam media kental, hukum linier (4) berubah menjadi kuadrat:

Koefisien dan pada dasarnya tergantung pada bentuk, dimensi, keadaan permukaan benda, dan viskositas medium.

Selain itu, gesekan gelinding dibedakan.Sebagai pendekatan pertama, gesekan gelinding dihitung menggunakan rumus:

di mana k adalah koefisien gesekan guling, yang memiliki dimensi panjang dan tergantung pada bahan benda yang terkena kontak dan kualitas permukaan, dll. N adalah gaya tekanan normal, r adalah jari-jari benda menggelinding.

Satuan gaya gesekan

Satuan dasar pengukuran gaya gesekan (serta gaya lainnya) dalam sistem SI adalah: [P]=H

Dalam GHS: [P]=dyn.

Contoh pemecahan masalah

Contoh

Latihan. Sebuah benda kecil bersandar pada piringan horizontal. Piringan berputar pada sumbu yang melalui pusatnya, tegak lurus terhadap bidang dengan kecepatan sudut . Pada jarak berapa dari pusat piringan benda dapat berada dalam keadaan setimbang jika koefisien gesekan antara piringan dan benda adalah ?

Keputusan. Mari kita gambarkan pada Gambar 1 gaya yang akan bekerja pada benda yang ditempatkan pada piringan yang berputar.

Menurut hukum kedua Newton, kita memiliki:

Dalam proyeksi ke sumbu Y, dari persamaan (1.1) kita mendapatkan:

Dalam proyeksi pada sumbu X kita memiliki:

di mana percepatan gerak benda kecil sama dalam modulus dengan komponen normal dari percepatan total. Kami menemukan sisa gesekan sebagai:

kita memperhitungkan ekspresi (1.2), maka kita miliki.

Gaya gesekan muncul pada titik kontak antara dua benda dan mencegah gerakan timbal balik dari benda-benda ini relatif satu sama lain. Itu selalu diarahkan berlawanan dengan gerakan benda atau arah penerapan kekuatan eksternal. Jika tubuh tidak bergerak. Akibat gesekan, energi mekanik diubah menjadi energi panas.

Gesekan dibagi menjadi gesekan diam dan gesekan gerak. Gesekan gerak pada gilirannya dibagi menjadi gesekan guling dan gesekan geser. Gesekan terjadi ketika benda-benda yang bersentuhan mencoba bergerak relatif satu sama lain.

Formula 1 - Gaya gesekan.

N - Mendukung gaya reaksi.

Mu - Koefisien gesekan.

Gesekan istirahat, seperti namanya, terjadi ketika kekuatan luar diterapkan pada tubuh, berusaha untuk memindahkannya relatif satu sama lain. Tapi belum ada pergerakan. Tidak ada gerakan justru karena dicegah oleh gaya gesekan sisa. Pada saat gaya luar melebihi gaya gesek statis, gaya gesek geser akan timbul.

Penyebab gaya gesekan adalah ketidakrataan pada permukaan benda yang bersentuhan. Bahkan jika permukaannya tampak halus, pada kenyataannya, pada perbesaran tinggi, permukaannya kasar. Jadi justru ketidakteraturan pada permukaan dua benda ini yang saling menempel.

Gambar 1 - Permukaan kontak.

Tampaknya jika permukaan dipoles ke permukaan cermin, maka gesekan di antara mereka harus, jika tidak sepenuhnya hilang, maka pasti turun ke nilai minimum. Namun dalam praktiknya, ternyata tidak sesederhana itu. Dalam kasus permukaan yang sangat halus, faktor lain yang meningkatkan gesekan muncul. Ini adalah gaya tarik antarmolekul. Dengan pemrosesan bahan yang sangat halus, molekul-molekul zat dari dua benda menjadi sangat dekat satu sama lain sehingga timbul gaya tarik-menarik yang begitu kuat sehingga mencegah benda bergerak relatif satu sama lain.

Tentu saja, besarnya gaya gesekan juga dipengaruhi oleh gaya yang menekan benda satu sama lain. Semakin tinggi, semakin tinggi gaya gesekan. Jika Anda berguling di musim dingin, kereta luncur kosong di salju keluar dengan cukup mudah. Jika seorang anak duduk di kereta luncur, akan lebih sulit untuk menyeretnya. Nah, jika orang dewasa duduk di dalamnya, Anda akan berpikir dua kali apakah perlu menyeret mereka sama sekali. Dalam semua kasus ini, kualitas permukaan pelari kereta luncur dan permukaan salju tidak berubah. Tetapi gaya gravitasi berbeda, yang mengarah pada peningkatan gaya gesekan.

Selain gaya gesek geser, terdapat juga gaya gesek gelinding. Sekali lagi, esensi dari fenomena itu tersembunyi dalam namanya. Artinya, ini adalah gesekan yang terjadi selama penggulingan satu benda pada permukaan benda lain. Gesekan menggelinding berkali-kali lebih kecil daripada gesekan geser.

Bayangkan sebuah bola logam menggelinding di atas permukaan meja. Karena deformasi meja, dan bola itu sendiri, tempat kontak di antara mereka bukanlah titik, tetapi permukaan tertentu. Akibatnya, titik penerapan reaksi pendukung bergeser sedikit ke depan dari pusat kesetimbangan. Dan reaksi dukungan tersebut sedikit kembali. Akibatnya, bagian normal dari reaksi penyangga dikompensasikan oleh gaya gravitasi, dan komponen tangensial adalah gaya gesekan bergulir.