Soal dan Pembahasan Gaya Gesek pada Bidang Datar

Soal 1
Apabila sebuah benda bergerak dalam bidang datar yang kasar, maka selama gerakannya . . . .
A. gaya normal tetap, gaya gesekan berubah
B. gaya normal berubah, gaya gesekan tetap
C. gaya normal dan gaya gesekan kedua-duanya tetap
D. gaya normal dan gaya gesekan kedua-duanya berubah
E. gaya normal dan gaya gesekan kadang-kadang berubah dan tetap bergantian

Jawab: C

Soal 2
Gaya gesekan statis maksimum terjadi pada saat benda . . . .
A. berhenti
B. tepat akan bergerak
C. telah bergerak
D. berhenti atau bergerak lurus beraturan
E. bergerak lurus berubah beraturan

Jawab: B

Soal 3
Besar koefisien gesekan pada benda bergantung pada . . . .
A. massa benda yang bersentuhan
B. kecepatan benda yang bersentuhan
C. kekasaran permukaan benda yang bersentuhan
D. bentuk benda yang bersentuhan
E. posisi benda yang bersentuhan

Jawab: C

Soal 4
Koefisien gesek statis antara sebuah lemari kayu dengan lantai kasar suatu bak truk adalah sebesar 0,75. Berapa percepatan maksimum yang masih boleh dimiliki truk agar lemari tetap tak bergerak terhadap bak truk itu?
A. 0 m/s²
B. 0,75 m/s²
C. 2,5 m/s²
D. 7,5 m/s²
E. 10 m/s²

Jawab:

Soal 5
Balok A beratnya 100 N diikat dengan tali mendatar di C (lihat gambar). Balok B beratnya 500 N. Koefisien gesekan antara A dan B = 0,2 dan koefisien gesekan antara B dan lantai = 0,5. Besarnya gaya F minimal untuk menggeser balok B adalah . . . .
A. 950 N
B. 750 N
C. 600 N
D. 320 N
E. 100 N

Jawab:

Soal 6
Sebuah peti bermassa 50 kg, mula-mula diam di atas lantai horisontal yang kasar (μ_s = 0,50; μ_k = 0,1). Peti itu kemudian didorong dengan gaya F = 100 N yang arahnya seperti gambar, jika sin θ = 0,6, maka gaya gesek yang dialaminya sebesar . . . .
A. 50 N
B. 56 N
C. 80 N
D. 250 N
E. 280 N

Jawab: C

gaya yang bekerja pada sumbu-y,
∑F_y = 0
N + (– mg)  + (– F sin θ) = 0
N = mg + F sin θ = 500 N + 100 N (0,6) = 560 N
Besar gaya gesekan statis dan kinetis yang bekerja pada balok adalah
f_s = μ_sN = 0,50 x 560 N = 280 N dan
f_k = μ_kN = 0,10 x 560 N = 560 N
Besar gaya dorong mendatar yang bekerja pada balok adalah
F_x = F cos θ = 100 N x (0,8) = 80 N
Karena F_x < f_s, maka benda masih dalam keadaan diam, maka berlaku
F_x + (–f_s) = 0
f_s = F_x = 80 N

Soal  7
Benda dengan massa 10 kg berada di bidang mendatar kasar (μ_s = 0,40; μ_k = 0,32) dan g = 10 m/s². Bila benda diberi gaya horisontal yang tetap sebesar 30 N, besarnya gaya gesekan yang bekerja pada benda tersebut adalah . . . .
A. 20 N
B. 25 N
C. 30 N
D. 35 N
E. 40 N

Jawab: Latihan sendiri bro!

Soal 8
Sebuah truk sedang bergerak pada jalan lurus mendatar dengan kecepatan v. Jika koefisien gesekan antara ban dan jalan adalah μ, maka jarak terpendek di mana truk dapat dihentikan adalah . . . . 
A. v²/(2μg)
B. 2v²/(μg) 
C. v²/(μg) 
D. v/(2μg) 
E. v/(2μg)

Jawab: A

Truk bergerak dengan kecepatan awal v, dan karena permukaan jalan yang kasar, akan muncul gaya gesek kinetik maka truk akan berhenti pada suatu waktu.

Menurut hukum II Newton,
∑F = ma
–f_k = ma
–μmg = ma
a = –μg

sehingga dengan menggunakan persamaan GLBB,
v² = v₀² + 2aΔx, maka
0 = v² + 2(–μg)Δx
Δx = v²/2μg

Soal 9
Sebuah benda meluncur dengan kecepatan 4 m/s pada permukaan bidang datar kasar yang mempunyai koefisien gesekan kinetik 0,4. Bila massa benda 2 kg dan percepatan gravitasi 10 m/s², maka benda akan berhenti setelah menempuh jarak . . . .
A. 1,0 m
B. 1,5 m
C. 2,0 m
D. 2,5 m
E. 3,0 m

Jawab: C

Balok akan berhenti karena gaya gesek yang muncul antara kedua permukaan, balok bergerak dengan kecepatan awal v₀ = 4 m/s, massa balok 4 kg, gaya gesek kinetik antara kedua permukaan adalah

f_k = μmg = 0,4 x 4 kg x 10 m/s² = 16 N,

dari gambar dan hukum II Newton kita peroleh
∑F = ma
–f_k = ma
a = –f_k/m = –16 N/4kg = –4 m/s²

Benda akan berhenti (v = 0) diperoleh dengan persamaan
v² = v₀² + 2aΔx
0 = (4 m/s)² + 2(–4 m/s²)Δx
Δx = 2,0 m