Laporan Praktikum Gaya Gesek Fisika Dasar 1 Universitas

LAPORAN GAYA GESEKAN 2024

Al-Irsyad, Irmawati Amir, Muhammad Rizal Fahlepy*), Novelita Tabita

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Negeri Makassar

2024

Abstrak. Telah dilakukan praktikum atau percobaan gaya gesekan dimana tujuan dari praktikum ini adalah mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi gaya gesekan, memahami konsep gaya gesekan statik dan kinetik, serta menentukan koefisien gesek statik dan kinetik. Adapun alat dan bahan yang dibutuhkan adalah neraca pegas 0-5 N, katrol meja, balok dimana terdapat tiga permukaan yang berbeda-beda dan diujungnya terdapat stecker, tali, tiga buah beban yang massanya masing-masing 50 gram, papan lintasan, bidang miring, stopwatch, dan meteran. Didalam percobaan kali ini terdapat empat kegiatan, pertama hubungan antara gaya normal dengan gaya gesekan, kedua hubungan  antar keadaan permukaan dengan gaya gesekan, ketiga menentukan koefisien gesekan statis pada bidang miring, dan keempat menentukan koefifien gesekan kinetik pada bidang mirimg. Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulkan bahwa besarnya gesek kinetik dan gaya gesek statis suatu benda itu dipengaruhi oleh besar gaya normal, gaya tarik, koefisien gesek, dan permukaan benda.

Kata kunci: gaya normal, gaya gesek statik, gaya gesek kinetik, koefisien gesek statik, koefisien gesek kinetik.

RUMUSAN MASALAH

1. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi gaya gesek?
2. Apa itu gaya gesekan statik dan kinetik?
3. Bagaimana cara menentukan koefisien gesek statik dan koefisien kinetik ?

TUJUAN

1. Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi gaya gesekan
2. Memahami konsep gaya gesekan statik dan kinetik
3. Menentukan koefisien gesek statik dan kinetik

TEORI SINGKAT

Sebuah balok yang didorong diatas meja kana bergerak bila sebuah balok masssanya m, kita lepaskan dengan kecepatan awal Vo pada sebuah bidang horizontal, maka balok itu akhirnya akan berhenti. Ini berarti didalam gerakan balok mengalami perlambatan, atau ada gaya yang menahan balok, gaya ini yang disebut dengan gaya gesekan. Besarnya gaya gesekan ditentukan oleh koefisien gesekan antar kedua permukaan benda dan gaya nurmal. Besarnya koefisien gesekan ditentukan oleh kekasaran permukaan bidang dan benda.

Gaya gesekan dibagi menjadi dua yaitu: gaya gesekan statis (fs) dan gaya gesekan kinetik (fk). Sebuah titik beratnya W, berada pada bidang mendatang yang kasar, kemudian ditarik oleh gata F seperti pada Gambar 4.1 dibawah ini. Arah gaya gesekan f berlawanan arah dengan gaya penyebabnya F, dan berlaku:

Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada benda

1. Untuk harga F < fs,  maka balok dalam keadaan diam.
2. Untuk harga F = fs, maka balok tepat saat akan bergerak.
3. Apabila fase diperbesar lagi sehingga F > fs,  maka benda bergerak dan gaya gesekan statis fs akan berubah menjadi gaya gesekan kinetik fk.

Gaya gesekan antara dua permukaan yang saling diam satu terhadap yang lain disebut gaya gesekan statis. Gaya gesekan statis yang maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Sekali gerak telah dimulai, gaya gesekan antar kedua permukaan biasanya berkurang sehingga diperlukan gaya yang lebih kecil untuk menjaga agar benda bergerak beraturan. gaya yang bekerja antara dua permukaan yang saling bergerak relatif disebut gaya gesekan kinetik. Jika fs menyatakan besar gaya gesekan statik maksimum, maka:

μs = fs / N

Dengan μ_s adalah koefisien gesekan statik dan N adalah besar gaya normal. Jika fs menyatakn besar gaya gesekan kinetik, maka:

μk = fk / N

Dengan μk adalah koefisien gesekan kinetik. Bila sebuah benda dalam keadaan diam pada suatu bidang datar, dan kemudian bidang tempat benda tersebut dimiringkan perlahan-lahan sehingga membentuk sudut ɵ sampai benda tepat akan bergerak, koefisien gesekan statik antara benda dan bidang diberikan oleh persamaan,

μs = tan⁡ θc

Dengan θc adalah sudut pada saat benda tepat akan bergerak, yang disebut sudut kritis. Koefisien gesekan statik merupakan nilai tangen sudut kemiringan bidang, dengan keadaan benda tepat akan bergerak/meluncur. Pada sudut-sudut yang lebih besar dari θc, balok meluncur lurus berubah beraturan ke ujung bawah bidang miring dengan percepatan:

as = g(sin θ - μk cos θ)

Dimana θ adalah sudut kemiringan bidang dan μk adalah koefisien gesekan kinetik antara benda dengan bidang. Dengan mengukur percepatan as, maka koefisien gesekan μk dapat dihitung.

METODE EKSPERIMEN

Alat dan Bahan

1. Neraca pegas 0-5 N (1 buah)
2. Katrol meja (1 buah)
3. Balok persegi dengan stecker dan mempunyai tiga permukaan yang berbeda (1 buah)
4. Beban 50gram (3 buah)
5. Tali/benang (secukupnya)
6. Papan landasan ( 1 buah)
7. Bidang miring (1 buah)
8. Stopwatch (1 buah)
9. Meteran (1buah)

Identifikasi Variabel

Kegiatan 1

1. Variabel manipulasi : gaya normal (N)
2. Variabel respon         : gaya gesek (N)
3. Variabel kontrol         : permukaan benda

Kegiatan 2

1. Variabel manipulasi : permukaan benda
2. Variabel respon : gaya gesek (N)
3. Variabel kontrol : gaya normal (N)

Kegiatan 3

1. Variabel manipulasi : gaya berat (N)
2. Variabel respon : sudut kritis (°)
3. Variabel kontrol : permukaan bidang

Kegiatan 4

1. Variabel manipulasi : jarak tempuh (m)
2. Variabel rrespon : waktu tempuh (s)
3. Variabel kontrol : massa beban (g)  dan sudut kemiringan bidang (°)   

Definisi Operasional Variabel

Kegiatan 1

1. Gaya normal adalah gaya yang dihitung dengan menggunakan massa balok  (m) dalam satuan kilogram (kg) dengan gaya gravitasi bumi (g) dalam satuan (m/s2). Satuan gaya normal adalah Newton (N) dan alat yang digunakan untuk mengukur gaya normal suatu benda  adalah neraca pegas.
2. Gaya gesek adalah gaya yang terjadi pada permukaan dua benda yaitu antara balok dan permukaan meja katrol yang saling bersentuhan dengan simbol (F) dan satuan (N).
3. Permukaan balok dan permukaan meja yang memiliki katrol mempengaruhi besar kecilnya gaya gesekan dan gaya tarikan yang terjadi pada benda. Permukaan balok yang digunakan dalam kegiatan ini adalah  jenis permukaan balok yang halus.

Kegiatan 2

1. Permukaan balok adalah permukaan yang dimilki oleh balok yang berpengaruh dalam penentuan gaya gesekan diatas katrol meja.
2. Gaya gesek adalah gaya yang terjadi pada permukaan dua benda yakni permukaan balok dan permukaan meja yang saling bersentuhan dengan memiliki simbol (F) dan satuan (N).
3. Gaya normal benda yang digunakan dalam kegiatan ini adalah 1,50 N. Alat yang digunakan untuk mengukur gaya normal benda yaitu neraca pegas.

Kegiatan 3

1. Gaya berat adalah gaya tarik yang mengarah pada pusat bumi yang bekerja pada benda dengan simbol (w) dan memiliki satuan Newton (N). Alat yang digunakan untuk mengukur gaya berat yaitu neraca pegas.
2. Sudut kritis adalah sudut saat balok tepat akan bergerak pada saat papan landasan diangkat secara perlahan-lahan dengan simbol (θc) satuan derajat (o). Alat yang digunakan untuk mengukur sudut kemiringan suatu benda adalah busur derajat yang telah terpasang di papan landasan.
3. Permukaan balok dan permukaan papan landasan mempengaruhi besarnya gaya gesekan yang ditimbulkan.

Kegiatan 4

1. Jarak tempuh adalah jarak yang dibutuhkan balok dari titik tertentu meluncur sampai ke ujung bawah papan landasan. Alat yang digunakan untuk mengukur jarak pada papan landasan adalah meteran.
2. Waktu tempuh adalah waktu yang dibutuhkan balok meluncur dari titik tertentu sampai ke ujung bawah papan landasan. Alat yang digunakan untuk mengukur waktu tempuh balok dari titik tertentu sampai keujung bawah papan landasan adalah stopwatch.
3. Massa benda yang digunakan adalah 60 gram  dan sudut kemiringan bidang yaitu 21 derajat.

Prosedur Kerja

Kegiatan 1. 

Menarik balok dengan neraca pegas seprti pada gambar di bawah ini:

Mengamati penunjukkan neraca pegas pada saat balok tepat akan bergerak dan pada saat balok bergelak lurus beraturan. menambahkan beban diatas balok, dan mengamati penunjukkan neraca pegas pada saar balok tepat akan bergerak dan pada saat balok bergerak lurus beraturan. Melakukan beberapa kali dengan mengubah-ubah penambahan beban diatas balok. Mencatat hasil pengamatan pada tabel pengamatan.

Kegiatan 2. 

Mengganti permukaan balok dengan balok yang lebih kasar / halus. Mengamati penunjukkan pegas pada saat balok tepat akan bergerak dan pada saat balok bergerak lurus beraturan. melakukan kegiatan ini beberapa kali dengan mengganti permukaan balok dengan yang lebih kasar/halus. Mencatat hasil pengamatan pada tabel pengamtan.

Kegiatan 3 

1. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
2. Meletakkan bidang diatas meja dengan posisi mendatar (θ=0)
3. Meletakkan balok persegi disalah satun  ujung bisang tersebut,
4. Mengangkat secara perlahan ujung bidang tempat balok persegi berada sehingga sudut kemiringan bidang bertambah. Mencatat sudut kemiringan bidang pada saat benda tepat akan bergerak.
5. Mengulangi kegiatan 4 dengan menambah beban pada balok persegi hingga memperoleh 5 data pengukuran sudut.

Kegiatan 4 

1. Mengatur kemiringan bidang dengan sudut yang lebih besar dari sudut kritis yang telah diperoleh pada kegitan 3 untuk balok persegi tanpa beban tambahan. Mencatat hasil pengamatan pada tabel pengamatan.
2. Meletakkan balok diujung atas bidang yanng telah diketahui panjangnya.
3. Melepaskan balok bersamaan dengan menjalankan stopwacth untuk mengukur waktu tempuh balok persegi bergerak lurus berubah beraturan hingga keujung bawah bidang mencatat waktu tempuhnya sebagai t.
4. Mengulangi kegiatan c dengan jarak tempug yang berbeda.
5. Mencatat hasil pengamatan pada tabel hasil pengamatan.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

Hasil Pengamatan

Kegiatan 1.

Jenis permukaan adalah balok dengan 3 permukaan yang berbeda.

Tabel 1. Hubungan antara gaya tarik dengan gaya normal

Kegiatan 2

Gaya normal = |1,50 ± 0,05|  N

Tabel 2. Hubungan antara jenis permukaan dengan gaya tarik.

Kegiatan 3

Tabel 3. Gaya gesekan statik pada bidang miring

Kegiatan 4

Massa beban = |0,90±0,05|N

Sudut kemiringan = |21,0±0,5|°

Tabel 4. Gaya gesekan kinetik pada bidang miring

ANALISIS DATA

Untuk analisis data hasil pengukuran dan ketidakpastian praktikum gaya gesekan dapat di download di sini PDF WORD

PEMBAHASAN

Pada percobaan kali ini yaitu gaya gesekan yang mempunyai dua tujuan yaitu mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi gaya gesekan,dan memahami konsep gaya gesekan statik dan kinetik, menentukan koefisien gesek statik dan kinetik. Adapun alat dan bahan yang dibutuhkan adalah neraca pegas 0-5 N, katrol meja, balok dimana terdapat tiga permukaan yang berbeda-beda dan diujungnya terdapat stecker, tali, tiga buah beban yang massanya masing-masing 50 gram, papan lintasan, bidang miring, stopwatch, dan meteran. Didalam praktikum ini telah dilakukan empat kegiatan, yang pertama menentukan hubungan antara gaya normal dengan gaya gesekan, kedua menentukan hubungan antara jenis permukaan dengan gaya gesekan, ketiga menentukan besarnya gaya gesek statis pada bidang miring, dan yang keempat menentukan besarnya gaya gesekan kinetik pada bidang miring. Dari kegiatan yang telah kami lakukan kami memperoleh data yang berbeda dari kegiatan pertama sampai dengan kegiatan terakhir hal ini disebabkan karena adanya berbagai faktor yang mempengaruhi gesekan yang dialami oleh benda yakni diantaranya gaya normal, gaya tarik, jenis permukaan benda, koefisien gesekan statik dan koefisien gesekan kinetik.

Pada kegiatan pertama yang menjadi variable kontrol adalah jenis permukaan,dan variabel manipulasinya adalah gaya normal benda, dimana gaya normal yang kami gunakan adalah 0,90 N; 1,50 N; 2,20 N; 2,50 N serta variabel responnya adalah gaya tarik (N). Pada kegiatan ini kami menghitung besar koefisien gesekan statik yang dihasilkan ketika benda tepat akan bergerak dan menghitung koefisien gesekan kinetik ketika benda bergerak lurus beraturan. Dari hasil pengamatan, kami peroleh koefisien gesekan statik ketika benda tepat akan bergerak yaitu μs= |0,187 ± 0,035| dengan KR = 1,88% dan DK= 98,12%, dan besar koefisien gesekan kinetik yang dihasilkan oleh balok ketika bergerak lurus beraturan adalah μk = |0,465 ± 0,009| dengan KR = 2,11% dan DK = 97,89%.

Pada kegiatan kedua yang menjadi variabel manipulasi adalah jenis permukaan benda, dimana besar koefisien gesek statis dan kinetik setiap permukaan berbeda tergantung dari tingkat kekasaran suatu permukaan benda tersebut, sehingga dari hasil pengamatan dapat diperoleh bahwa pada jenis permukaan I memiliki koefisien gesek statis sebesar μs = |1,2 ± 0,2|   dengan KR = 13,04% dan DK= 86,96% sedangkan koefisien kinetik yang dihasilkan yakni μk = |0,050 ± 0,010| dengan KR = 20% dan DK = 80%. Pada jenis permukaan II memiliki koefisien gesek statik sebesar μs = |1,51 ± 0,07| dengan KR = 4,63% dan DK = 95,37% sedangkan koefisien gesekan kinetik yang dihasilkan adalah μk = |0,93 ± 0,09| dengan KR = 9,68 dan DK = 90,32. Pada jenis permukaan III memiliki koefisien gesekan statik sebesar μs = |1,2 ± 0,2| dengan KR = 16,10% dan DK = 83,90%, sedangkan koefisien gesekan kinetik yang dihasilkan sebesar μk = |0,62 ± 0,06| dengan KR = 9,68% dan DK = 90,32%. Dari koefisien gesekan statik dan keofisien kinetik yang diperoleh dari jenis permukaan  yang memiliki koefisien gesek statik terbesar adalah permukaan II sebesar μs = |1,51 ± 0,07|dan yang memiliki koefisien gesek statik yang terkecil adalah permukaan I sebesar μs = |1,2 ± 0,2| sedangkan yang memiliki koefisien gesek kinetik terbesar adalah jenis permukaan II sebesar μ_k=|0,93±0,09| dengan KR = 9,68% dan DK = 90,32% sedangkan yang memiliki koefisien gesek kinetik yang terkecil adalah jenis permukaan I sebesar μk=|0,050±0,010| dengan KR = 20% dan DK = 80 %.

Pada kegiatan ketiga yang menjadi variabel  manipulasi adalah gaya berat dan variabel responnya adalah sudut kritis, berdasarkan hasil pengamatan dan analisis data besar koefisien gesek statik yang dihasilkan benda bergantung pada besarnya gaya berat benda. Untuk gaya berat benda = 0,90 N memiliki koefisien gesek statik sebesar μs = |0,29 ± 0,012| μs dengan KR = 55,04% dan DK = 44,69%. Untuk gaya berat benda = 1,50 N memiliki koefisien gesek statik sebesar μ_s=|0,19±0,13| dengan KR = 68,78% dan DK = 31,22%. Untuk gaya berat benda = 2,20 N memiliki koefisien gesek statik sebesar μs = |0,16 ± 0,01| dengan KR = 46,34% dan DK = 53,66%. Untuk gaya berat benda = 2,50 N memiliki koefisien gesek statik sebesar μs = |0,15 ± 0,02| dengan KR = 10,45% dan DK = 89,54%.

Pada kegiatan keempat yang menjadi variable manipulasi adalah jarak tempuh dan variabel responnya adalah waktu tempuh, semakin besar jarak tempuh maka semakin besar pula waktu yang dibutuhkan untuk menempuh jarak tersebut dan besar koefisien gesekan kinetik yang dihasilkan |0,425 ± 0,017 | μk dengan KR = 2,72% dan DK = 97,28 %. Dari semua data yang telah diperoleh dalam praktikum gaya gesekan yang telah kami peroleh itu memiliki data yang berbeda-beda dari kagiatan I sampai dengan kegiatan IV, hal ini dikarenakan gaya gesek yang bekerja pada benda  dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu gaya normal, gaya tarik, koefisien gesekan, dan permukaan benda.


SIMPULAN

Dari hasil pengamatan yag telah kami lakukan bahwa setiap gesekan yang terjadi yang diakibatkan oleh gesekan antara dua permukaan benda itu dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor yang mempengaruhi gaya gesekan tersebut adalah gaya normal, gaya tarik, koefisien gesekan statik, koefisien gesekan kinetik dan permukaan benda.

Melalui praktikum atau hasil pengamatan dapat diketahui bahwa konsep gaya gesek statis adalah gaya yang terjadi antara permukaan dua benda yang saling berinteraksi  tepat akan bergerak, sedangkan konsep gaya gesek kinetik adalah gaya yang terjadi antara permukaan dua benda yang saling berinteraksi ketika suatu benda sudah bergerak. Gaya yang dihasilkan oleh gesekan statis lebih besar dari gesekan kinetik, hal itu dipengaruhi oleh jenis permukaan, gaya tarik, dan gaya berat suatu benda.

Koefisien gesekan statik dan koefisien gesekan kinetik dapat di tentukan dengan menggunakan persamaan μs=fs/N dan μk=fk/N serta μs = tan θc. Besar kecilnya nilai koefisien gesekan statik dan koefisien gesekan kinetik itu dipengaruhi oleh gaya gesekan statik, gaya gesekan kinetik dan gaya normal serta besarnya sudut yang dibentuk.

REFERENSI

Buku Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1 Unit Laboratorium Fisika Dasar  Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar

Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Penerbit: Institut Teknologi Bandung

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 2011. Fundamental of Physics. 9th Edition. Penerbit: John Wiley & Sons