1. Takrif daya geseran
Geseran ialah seretan yang berfungsi antara permukaan objek yang bersentuhan antara satu sama lain. Dalam topik ini, daya geseran yang dikaji berkaitan dengan daya geseran yang bertindak antara dua permukaan badan pepejal yang bersentuhan. Seperti geseran antara tapak rasuk dan permukaan lantai, geseran antara tapak kasut dan permukaan lantai, geseran antara roda kereta dan permukaan jalan raya.
Daya geseran sentiasa berfungsi pada permukaan objek pepejal yang bersentuhan antara satu sama lain, walaupun objek tersebut sangat licin. Permukaan yang licin sebenarnya sangat kasar pada skala mikroskopik. Apabila objek bergerak, permatang mikroskopik ini mengganggu gerakan. Pada peringkat atom, penonjolan pada permukaan menyebabkan atom berada sangat dekat dengan permukaan lain, supaya daya elektrik antara atom boleh membentuk ikatan kimia, sebagai penyatuan antara dua permukaan objek yang bergerak. Apabila objek bergerak, contohnya apabila anda menolak sebuah buku di atas permukaan meja, pergerakan buku tersebut mengalami halangan dan akhirnya berhenti. Ini disebabkan oleh pembentukan dan pembebasan ikatan tersebut.
Jika permukaan sesuatu objek bergesel dengan permukaan objek lain, setiap objek ini akan menghasilkan geseran antara satu sama lain. Daya geseran pada objek yang bergerak sentiasa berada dalam arah yang bertentangan dengan arah pergerakan objek tersebut. Selain menghalang pergerakan objek, geseran boleh menyebabkan haus dan kerosakan. Kita boleh memerhatikan perkara ini pada enjin kenderaan. Contohnya, apabila kita membekalkan minyak pelincir kepada enjin motosikal, kita sebenarnya ingin mengurangkan daya geseran yang berlaku di dalam enjin. Jika ia tidak diberikan minyak pelincir, enjin kenderaan kita akan cepat rosak. Contoh ini adalah salah satu kehilangan yang disebabkan oleh geseran.
2. Jenis-jenis daya geseran
Terdapat dua jenis daya geseran, iaitu daya geseran statik (fs ) dan daya geseran kinetik (fk ) . Daya geseran statik berfungsi apabila objek tidak bergerak, manakala daya geseran kinetik berfungsi apabila objek bergerak. Jika anda menolak meja, tetapi meja itu tidak bergerak, maka daya geseran yang bertindak ke atas meja yang dalam keadaan rehat adalah daya geseran statik. Sebaliknya, apabila meja bergerak, daya geseran yang bertindak ke atas meja adalah geseran kinetik. Jika meja yang bergerak tidak sentiasa ditolak, meja akan berhenti selepas bergerak seketika. Meja berhenti disebabkan oleh daya geseran kinetik yang menghalang pergerakan meja.
Pernah tergelincir ketika terpijak sesuatu yang licin? Apabila anda tergelincir, daya geseran yang berfungsi di antara tapak kasut atau bahagian bawah sandal yang mempunyai permukaan licin adalah geseran kinetik. Masalah ini serupa dengan apabila motosikal atau kereta bergerak di atas permukaan jalan yang basah dan licin, membrek sehingga roda tergelincir. Apabila roda tergelincir, daya geseran yang bertindak pada permukaan roda dan permukaan jalan adalah daya geseran kinetik. Sebaliknya, apabila anda berjalan, daya geseran yang berfungsi di antara tapak kasut atau bahagian bawah sandal dengan permukaan lantai adalah daya geseran statik. Begitu juga, apabila roda tidak tergelincir, daya geseran yang bertindak pada permukaan roda dan jalan adalah geseran statik.
2.1 Daya geseran statik
Daya geseran statik ialah daya geseran yang bertindak pada permukaan objek yang bersentuhan antara satu sama lain apabila objek belum bergerak.
Rajah 1 menunjukkan sebuah objek yang masih berada di atas permukaan satah rata. Jika objek itu belum bergerak, maka daya geseran statik (fs) adalah lebih kecil daripada daya tarik (F). Jika ia terus ditarik, maka objek itu akan bergerak. Apabila objek yang betul akan bergerak, magnitud daya geseran statik (fs) akan berubah.s) bersamaan dengan magnitud daya tarikan (F).
Hukum Newton Pertama menyatakan bahawa objek adalah pegun jika jumlah daya (daya paduan) adalah sifar.
ΣF y = 0 (Objek berehat dan tidak bergerak dalam arah menegak)
N – w = 0
N = w (1.2)
Gantikan N dalam persamaan 1.1 dengan N dalam persamaan 1.2
fs = μsw
fs = μs mg (1.3)
fs = geseran statik (N), μs = pekali geseran statik, N = daya normal (N), w = graviti (N), m = jisim (kg), g = pecutan graviti (m/ s² )
Jika anda ingin menentukan pekali geseran statik, gunakan persamaan 1.1 b
Σf x = 0 (Objek berehat dan tidak bergerak dalam arah mendatar)
F – fs = 0
F = fs ( 1.4)
Apabila objek mula bergerak, daya geseran statik maksimum bersamaan dengan magnitud daya tolakan atau tarikan.
2.2 Daya geseran kinetik
Daya geseran kinetik ialah daya geseran yang bertindak pada permukaan objek yang bersentuhan antara satu sama lain apabila objek bergerak.
Jika anda ingin menentukan pekali geseran kinetik (μk ) , gunakan persamaan 1.5b
Rajah 2 menunjukkan sebuah objek ditarik secara tetap supaya objek itu bergerak pada kelajuan yang malar. Apabila bergerak pada kelajuan yang malar, magnitud daya geseran kinetik (fk) adalah sama dengan magnitud daya tarikan (F).
Hukum Newton Pertama menyatakan bahawa sesuatu objek bergerak pada kelajuan malar jika jumlah daya (daya paduan) adalah sifar.
ΣF x = 0 (objek bergerak pada kelajuan malar dalam arah mendatar)
F – fk = 0
F = fk ( 1.6)
Contoh masalah 1:
Seorang pelajar menarik sebatang rasuk berjisim 1 kg yang terletak di atas permukaan meja menggunakan dinamometer (alat pengukur daya). Apabila rasuk bergerak, dinamometer menunjukkan nombor 2 N. Jika pecutan graviti = 10 m/s² , tentukan (a) magnitud daya geseran statik (b) pekali geseran statik
penyelesaian:
Diketahui : m = 1 kg, F = 2 N, g = 10 m/s² , w = mg = 10 N
(a) fs
Apabila rasuk bergerak, magnitud daya geseran statik = magnitud daya tarik (bandingkan persamaan 1.4). Jadi, f s = F = 2 N.
(b) μs
fs = μsw
2 N = (μs ) (10 N)
μs = 2 N / 10 N = 0.2
Contoh masalah 2:
Satu rasuk berjisim 1 kg yang terletak di atas permukaan meja ditarik secara berkala supaya rasuk bergerak pada kelajuan malar. Apabila rasuk bergerak pada kelajuan malar, dinamometer menunjukkan nombor 1 N. Jika pecutan graviti = 10 m/s² , tentukan (a) magnitud daya geseran kinetik (b) pekali geseran kinetik
penyelesaian:
Diketahui: m = 1 kg, g = 10 m/s² , F = 1 N, w = mg = 10 N
(a) fk
Apabila rasuk bergerak secara tetap atau bergerak pada kelajuan malar, magnitud daya geseran kinetik = magnitud daya tarikan (bandingkan persamaan 1.6).
Jadi fk = F = 1 N
(b) μk
f k = μ k w
1 N = (μk ) (10 N)
μk = 1 N / 10 N = 0.1
