Contoh Soal Fisika: Gaya Gesek
Selamat datang di kumpulan contoh soal fisika mengenai gaya gesek! Artikel ini dirancang khusus untuk membantu Anda memahami lebih dalam konsep gaya gesek, baik statis maupun kinetis, serta penerapannya dalam berbagai situasi. Gaya gesek adalah salah satu topik fundamental dalam mekanika yang seringkali menantang bagi siswa. Dengan berbagai jenis soal mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan, Anda akan diajak untuk menguji pemahaman teoritis dan kemampuan analisis Anda dalam menyelesaikan permasalahan fisika sehari-hari. Setiap soal telah disusun dengan cermat untuk mencakup berbagai aspek gaya gesek, termasuk perhitungan koefisien gesek, gaya normal, percepatan, dan kondisi benda saat bergerak atau diam. Di bagian akhir, tersedia kunci jawaban lengkap dengan penjelasan singkat untuk soal pilihan ganda, memungkinkan Anda untuk mengoreksi dan memahami langkah-langkah penyelesaian dengan lebih baik. Mari kita mulai latih kemampuan fisika Anda!
I. Pilihan Ganda
- Sebuah balok bermassa 2 kg berada di atas lantai kasar. Jika koefisien gesek statis antara balok dan lantai adalah 0,4 dan koefisien gesek kinetisnya 0,2, berapakah gaya gesek statis maksimum yang dapat dialami balok? (g = 10 m/s²)A. 4 NB. 6 NC. 8 ND. 10 NE. 12 N
- Apabila sebuah benda didorong dengan gaya 15 N dan benda tersebut tetap diam, sedangkan gaya gesek statis maksimumnya adalah 20 N, maka besar gaya gesek yang bekerja pada benda adalah…A. 0 NB. 5 NC. 15 ND. 20 NE. 35 N
- Pernyataan yang benar mengenai gaya gesek kinetis adalah…A. Selalu lebih besar dari gaya gesek statis.B. Besarnya tidak bergantung pada luas permukaan sentuh.C. Besarnya bergantung pada kecepatan relatif benda.D. Bekerja pada benda yang dalam keadaan diam.E. Arahnya selalu searah dengan arah gerak benda.
- Sebuah mobil melaju di jalan datar. Jika gaya gesek yang bekerja pada roda adalah 500 N dan koefisien gesek kinetisnya 0,25, berapakah gaya normal yang bekerja pada mobil?A. 1000 NB. 1500 NC. 2000 ND. 2500 NE. 3000 N
- Faktor-faktor yang memengaruhi besar gaya gesek adalah, kecuali…A. Kekasaran permukaan benda.B. Luas permukaan sentuh.C. Gaya normal.D. Koefisien gesek.E. Massa benda.
- Sebuah benda bermassa 5 kg ditarik dengan gaya horizontal 30 N di atas permukaan yang memiliki koefisien gesek kinetis 0,3. Jika g = 10 m/s², berapakah percepatan benda tersebut?A. 1 m/s²B. 2 m/s²C. 3 m/s²D. 4 m/s²E. 5 m/s²
- Gaya gesek yang bekerja pada sebuah benda yang sedang bergerak disebut…A. Gaya gesek statisB. Gaya gesek kinetisC. Gaya normalD. Gaya beratE. Gaya sentripetal
- Koefisien gesek statis (μs) antara sebuah kotak dan lantai adalah 0,5. Jika massa kotak 10 kg dan g = 10 m/s², berapa gaya minimum yang diperlukan untuk mulai menggerakkan kotak?A. 25 NB. 30 NC. 40 ND. 50 NE. 60 N
- Jika sebuah benda didorong dengan gaya F dan koefisien gesek statisnya adalah μs, maka benda akan mulai bergerak jika…A. F < μsNB. F = μsNC. F > μsND. F < μs × Gaya NormalE. F > μs × Gaya Normal
- Arah gaya gesek selalu…A. Searah dengan arah gerak benda.B. Berlawanan dengan arah gerak atau cenderung gerak benda.C. Tegak lurus dengan arah gerak benda.D. Searah dengan gaya normal.E. Berlawanan dengan gaya berat.
- Sebuah balok 3 kg meluncur menuruni bidang miring dengan sudut 30° terhadap horizontal. Jika koefisien gesek kinetis antara balok dan bidang adalah 0,1, berapakah percepatan balok? (g = 10 m/s², sin 30° = 0,5, cos 30° = 0,87)A. 2,13 m/s²B. 3,13 m/s²C. 4,13 m/s²D. 5,13 m/s²E. 6,13 m/s²
- Gaya gesek yang menahan benda untuk tetap diam disebut…A. Gaya gesek kinetisB. Gaya gesek statisC. Gaya normalD. Gaya beratE. Gaya dorong
- Manakah pernyataan yang paling tepat tentang koefisien gesek?A. Koefisien gesek kinetis selalu lebih besar dari koefisien gesek statis.B. Koefisien gesek statis selalu lebih kecil dari koefisien gesek kinetis.C. Koefisien gesek tidak memiliki satuan.D. Koefisien gesek bergantung pada luas permukaan kontak.E. Koefisien gesek selalu bernilai lebih dari 1.
- Sebuah benda bermassa 4 kg diletakkan di atas meja. Jika koefisien gesek statis antara benda dan meja adalah 0,6 dan koefisien gesek kinetisnya 0,4, berapakah gaya gesek yang bekerja pada benda jika didorong dengan gaya 20 N? (g = 10 m/s²)A. 16 NB. 20 NC. 24 ND. 30 NE. 40 N
- Ketika Anda mengerem sepeda, gaya gesek yang bekerja antara ban dan jalan adalah contoh dari…A. Gaya gesek statisB. Gaya gesek kinetisC. Gaya normalD. Gaya beratE. Gaya dorong
- Sebuah lemari es bermassa 80 kg akan digeser. Koefisien gesek statis antara lemari es dan lantai adalah 0,5. Berapakah gaya minimum yang diperlukan untuk mulai menggeser lemari es tersebut? (g = 10 m/s²)A. 200 NB. 300 NC. 400 ND. 500 NE. 600 N
- Ketika sebuah benda meluncur di atas permukaan tanpa ada gaya yang mendorongnya, percepatan benda akan…A. Bertambah seiring waktu.B. Berkurang seiring waktu.C. Konstan.D. Berbanding lurus dengan gaya gesek.E. Berbanding terbalik dengan massa benda.
- Gaya normal adalah gaya yang…A. Searah dengan gaya berat.B. Berlawanan arah dengan gaya gesek.C. Tegak lurus terhadap permukaan kontak.D. Selalu sama dengan gaya berat.E. Hanya bekerja pada benda yang bergerak.
- Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan konstan di jalan datar. Ini berarti…A. Gaya dorong lebih besar dari gaya gesek.B. Gaya dorong lebih kecil dari gaya gesek.C. Gaya dorong sama dengan gaya gesek.D. Tidak ada gaya gesek yang bekerja.E. Gaya gesek statis bekerja pada mobil.
- Sebuah benda bermassa m diletakkan di atas bidang miring dengan sudut kemiringan θ. Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring adalah…A. mgB. mg cos θC. mg sin θD. mg tan θE. mg / sin θ
II. Isian Singkat
- Rumus gaya gesek kinetis adalah Fk = …
- Jika sebuah benda didorong dengan gaya yang lebih kecil dari gaya gesek statis maksimumnya, maka benda tersebut akan …
- Gaya yang tegak lurus terhadap permukaan kontak dan menahan benda agar tidak menembus permukaan disebut gaya …
- Koefisien gesek tidak memiliki …
- Semakin kasar permukaan suatu benda, maka koefisien geseknya akan semakin …
III. Uraian
- Sebuah balok bermassa 5 kg ditarik dengan gaya horizontal 40 N di atas permukaan yang kasar. Jika koefisien gesek statisnya 0,6 dan koefisien gesek kinetisnya 0,4, tentukan apakah balok bergerak atau diam. Jika bergerak, tentukan percepatannya! (g = 10 m/s²)
- Jelaskan perbedaan antara gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis, serta berikan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari!
- Sebuah benda bermassa 2 kg meluncur di atas bidang miring yang memiliki sudut kemiringan 37° terhadap horizontal. Jika koefisien gesek kinetis antara benda dan bidang adalah 0,2, tentukan percepatan benda saat meluncur ke bawah! (g = 10 m/s², sin 37° = 0,6, cos 37° = 0,8)
- Mengapa gaya gesek sangat penting dalam kehidupan sehari-hari? Berikan minimal tiga contoh peran penting gaya gesek!
- Sebuah mobil bermassa 1200 kg bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Pengemudi mengerem dan mobil berhenti dalam jarak 50 m. Tentukan koefisien gesek kinetis antara ban dan jalan jika g = 10 m/s²!
IV. Menjodohkan
Jodohkan pernyataan di kolom kiri dengan konsep yang tepat di kolom kanan.
- Penyebab benda sulit bergerak dari keadaan diam. (a) Gaya Normal
- Gaya yang berbanding lurus dengan kekasaran permukaan dan gaya tekan. (b) Gaya Gesek Statis Maksimum
- Gaya yang selalu tegak lurus terhadap permukaan kontak. (c) Koefisien Gesek
- Perbandingan antara gaya gesek dengan gaya normal. (d) Gaya Gesek Kinetis
Kunci Jawaban
I. Pilihan Ganda
- C. 8 N. Gaya normal (N) = m × g = 2 kg × 10 m/s² = 20 N. Gaya gesek statis maksimum (fs_max) = μs × N = 0,4 × 20 N = 8 N.
- C. 15 N. Jika benda tetap diam, maka gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis yang besarnya sama dengan gaya dorong yang diberikan, asalkan gaya dorong tersebut tidak melebihi gaya gesek statis maksimum.
- B. Besarnya tidak bergantung pada luas permukaan sentuh. Gaya gesek kinetis bergantung pada koefisien gesek kinetis dan gaya normal, bukan luas permukaan.
- C. 2000 N. Fk = μk × N. Maka N = Fk / μk = 500 N / 0,25 = 2000 N.
- B. Luas permukaan sentuh. Gaya gesek tidak bergantung pada luas permukaan sentuh, melainkan pada kekasaran permukaan (koefisien gesek) dan gaya normal.
- C. 3 m/s². N = m × g = 5 kg × 10 m/s² = 50 N. Fk = μk × N = 0,3 × 50 N = 15 N. F_resultan = F_dorong – Fk = 30 N – 15 N = 15 N. a = F_resultan / m = 15 N / 5 kg = 3 m/s².
- B. Gaya gesek kinetis. Gaya gesek kinetis bekerja pada benda yang sedang bergerak.
- D. 50 N. N = m × g = 10 kg × 10 m/s² = 100 N. fs_max = μs × N = 0,5 × 100 N = 50 N.
- E. F > μs × Gaya Normal. Benda akan mulai bergerak jika gaya dorong (F) melebihi gaya gesek statis maksimum (μs × N).
- B. Berlawanan dengan arah gerak atau cenderung gerak benda. Gaya gesek selalu menentang gerak atau kecenderungan gerak.
- C. 4,13 m/s². Gaya berat sejajar bidang: W_sin = mg sin θ = 3 × 10 × 0,5 = 15 N. Gaya normal: N = mg cos θ = 3 × 10 × 0,87 = 26,1 N. Gaya gesek kinetis: Fk = μk × N = 0,1 × 26,1 = 2,61 N. Percepatan: a = (W_sin – Fk) / m = (15 – 2,61) / 3 = 12,39 / 3 = 4,13 m/s².
- B. Gaya gesek statis. Gaya gesek statis mencegah benda bergerak.
- C. Koefisien gesek tidak memiliki satuan. Koefisien gesek adalah perbandingan dua gaya (gaya gesek dan gaya normal), sehingga tidak memiliki satuan.
- B. 20 N. N = m × g = 4 kg × 10 m/s² = 40 N. fs_max = μs × N = 0,6 × 40 N = 24 N. Karena gaya dorong (20 N) lebih kecil dari fs_max (24 N), benda tetap diam, dan gaya gesek yang bekerja sama dengan gaya dorong, yaitu 20 N.
- B. Gaya gesek kinetis. Saat pengereman, ban masih berputar atau selip relatif terhadap jalan, sehingga gaya gesek yang bekerja adalah kinetis.
- C. 400 N. N = m × g = 80 kg × 10 m/s² = 800 N. F_minimum = fs_max = μs × N = 0,5 × 800 N = 400 N.
- B. Berkurang seiring waktu. Jika tidak ada gaya dorong, hanya gaya gesek yang bekerja sebagai gaya hambat, menyebabkan benda melambat hingga berhenti.
- C. Tegak lurus terhadap permukaan kontak. Gaya normal adalah gaya reaksi permukaan terhadap gaya tekan benda pada permukaan tersebut.
- C. Gaya dorong sama dengan gaya gesek. Kecepatan konstan berarti percepatan nol, sehingga gaya resultan juga nol. Ini berarti gaya dorong seimbang dengan gaya gesek.
- C. mg sin θ. Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring adalah W_x = W sin θ = mg sin θ.
II. Isian Singkat
- μk × N
- diam
- normal
- satuan
- besar
III. Uraian
- Hitung gaya normal: N = m × g = 5 kg × 10 m/s² = 50 N.Hitung gaya gesek statis maksimum: fs_max = μs × N = 0,6 × 50 N = 30 N.Bandingkan gaya dorong dengan fs_max: Gaya dorong (40 N) > fs_max (30 N), maka balok bergerak.Hitung gaya gesek kinetis: Fk = μk × N = 0,4 × 50 N = 20 N.Hitung percepatan: a = (F_dorong – Fk) / m = (40 N – 20 N) / 5 kg = 20 N / 5 kg = 4 m/s².
- Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam untuk mencegahnya bergerak. Besarnya bervariasi dari nol hingga nilai maksimumnya (μs × N). Contoh: Meja tetap diam saat didorong dengan gaya kecil.Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang sedang bergerak. Besarnya relatif konstan (μk × N) dan umumnya lebih kecil dari gaya gesek statis maksimum. Contoh: Sepeda yang meluncur di jalan setelah di rem.
- Gaya berat sejajar bidang: W_sin = mg sin 37° = 2 × 10 × 0,6 = 12 N.Gaya normal: N = mg cos 37° = 2 × 10 × 0,8 = 16 N.Gaya gesek kinetis: Fk = μk × N = 0,2 × 16 N = 3,2 N.Percepatan benda: a = (W_sin – Fk) / m = (12 N – 3,2 N) / 2 kg = 8,8 N / 2 kg = 4,4 m/s².
- Gaya gesek sangat penting karena:1. Memungkinkan kita berjalan atau berlari (gaya gesek antara sepatu dan tanah).2. Memungkinkan kendaraan bergerak dan berhenti (gaya gesek antara ban dan jalan, serta rem).3. Memegang benda (gaya gesek antara tangan dan benda).4. Mencegah benda meluncur atau jatuh (misalnya, furnitur di lantai).
- Konversi kecepatan: v₀ = 72 km/jam = 72 × 1000 / 3600 m/s = 20 m/s.Kecepatan akhir (vt) = 0 m/s, jarak (s) = 50 m.Cari percepatan (perlambatan) menggunakan rumus GLBB: vt² = v₀² + 2as.0² = 20² + 2 × a × 50.0 = 400 + 100a.100a = -400.a = -4 m/s² (perlambatan).Gaya gesek adalah satu-satunya gaya horizontal yang bekerja: Fk = m × |a| = 1200 kg × 4 m/s² = 4800 N.Gaya normal: N = m × g = 1200 kg × 10 m/s² = 12000 N.Koefisien gesek kinetis: μk = Fk / N = 4800 N / 12000 N = 0,4.
IV. Menjodohkan
- Penyebab benda sulit bergerak dari keadaan diam. -> (b) Gaya Gesek Statis Maksimum
- Gaya yang berbanding lurus dengan kekasaran permukaan dan gaya tekan. -> (d) Gaya Gesek Kinetis
- Gaya yang selalu tegak lurus terhadap permukaan kontak. -> (a) Gaya Normal
- Perbandingan antara gaya gesek dengan gaya normal. -> (c) Koefisien Gesek