Langkau ke kandungan
Fizik · Tingkatan 6 (STPM Physics) · Dynamics

3.4 Frictional forces

Unit ini menerangkan daya geseran (frictional force), perbezaan geseran statik dan kinetik, pekali geseran serta cara menyelesaikan masalah melibatkan geseran.

  • STPM
  • 5 SP
  • 17 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Fizik STPM

SP 3.4.1Explain frictional forces;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan apa itu daya geseran, punca kewujudannya dan arah tindakannya terhadap gerakan relatif.

  1. IsiSifat dan arah geseran
    Huraian

    Daya geseran bertindak selari dengan permukaan sentuhan dan menentang gerakan relatif atau kecenderungan gerakan relatif antara dua permukaan.

    Contoh

    Kotak ditolak ke kanan di atas lantai; geseran pada kotak bertindak ke kiri.

  2. IsiPunca mikroskopik
    Huraian

    Permukaan yang kelihatan licin sebenarnya kasar pada skala mikroskopik. Titik sentuhan (asperities) melekat dan saling mengunci, maka daya diperlukan untuk memecahkan ikatan itu.

    Contoh

    Dua blok logam yang digilap masih bergeser kerana titik-titik sentuhan kecil saling melekat.

NotaApakah daya geseran?

Daya geseran (frictional force) ialah daya yang bertindak selari dengan permukaan sentuhan dua jasad dan menentang gerakan relatif atau kecenderungan gerakan relatif antara permukaan itu. Pada skala mikroskopik, permukaan tidak licin sepenuhnya; titik-titik sentuhan (asperities) melekat dan saling mengunci, maka daya diperlukan untuk memisahkannya. Arah geseran sentiasa bertentangan dengan arah gerakan relatif (atau arah gerakan yang akan berlaku).

SP 3.4.1

Tahukah andaTahukah anda?

Geseran bukan sentiasa merugikan: tanpa geseran kita tidak dapat berjalan, tayar tidak dapat mencengkam jalan dan brek tidak berfungsi. Pelincir pula digunakan untuk mengurangkan geseran yang menyebabkan haus dan haba dalam enjin.

SP 3.4.1

SP 3.4.2Distinguish between static friction and kinetic friction;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Distinguish (Membezakan)

Calon perlu menyatakan persamaan dan perbezaan antara geseran statik dan geseran kinetik dari segi keadaan jasad, nilai dan pekali.

  1. IsiGeseran statik
    Huraian

    Bertindak ketika jasad masih pegun. Nilainya berubah mengikut daya kenaan, dari 0 hingga maksimum fs,max = μsR.

    Contoh

    Almari ditolak 50 N tetapi tidak bergerak; geseran statik pada almari ialah 50 N.

  2. IsiGeseran kinetik
    Huraian

    Bertindak ketika jasad sedang menggelongsor. Nilainya hampir malar, fk = μkR, dan biasanya lebih kecil daripada fs,max kerana μk < μs.

    Contoh

    Setelah almari mula bergerak, daya yang lebih kecil sudah cukup untuk mengekalkan gerakannya.

Peta buih bergandaGeseran statik lawan geseran kinetik

Geseran statik (static friction)Bertindak semasa jasad masih pegunNilainya berubah dari 0 hingga maksimum fs,max = μs RPekali μs lebih besar
PersamaanSelari dengan permukaan sentuhanMenentang gerakan relatifBerkadar dengan daya normal R pada nilai hadnyaBergantung pada jenis permukaan, hampir tidak bergantung pada luas sentuhan
Geseran kinetik (kinetic friction)Bertindak semasa jasad sedang menggelongsorNilainya hampir malar, fk = μk RPekali μk lebih kecil (μk < μs)
SP 3.4.2SP 3.4.3

SP 3.4.3Define coefficient of static friction and coefficient of kinetic friction;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Define (Mentakrifkan)

Calon perlu memberi takrif tepat bagi μs dan μk sebagai nisbah daya geseran kepada daya tindak balas normal.

  1. IsiPekali geseran statik μs
    Huraian

    Nisbah daya geseran statik maksimum kepada daya tindak balas normal: μs = fs,max / R. Tiada unit.

    Contoh

    R = 40 N dan blok mula bergerak apabila ditarik 16 N, maka μs = 16/40 = 0.40.

  2. IsiPekali geseran kinetik μk
    Huraian

    Nisbah daya geseran kinetik kepada daya tindak balas normal: μk = fk / R. Tiada unit.

    Contoh

    Blok yang sama menggelongsor dengan geseran 12 N, maka μk = 12/40 = 0.30.

JadualDefinisi pekali geseran

KuantitiDefinisiRumus
Pekali geseran statik μs (coefficient of static friction)Nisbah daya geseran statik maksimum kepada daya tindak balas normalμs = fs,max / R
Pekali geseran kinetik μk (coefficient of kinetic friction)Nisbah daya geseran kinetik kepada daya tindak balas normalμk = fk / R
CiriTiada unit (nisbah dua daya); biasanya 0 < μ < 1μk < μs bagi permukaan yang sama
SP 3.4.3

SP 3.4.4Explain the variation of frictional force with sliding force;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan bagaimana daya geseran berubah apabila daya gelongsor bertambah dari sifar, termasuk bentuk graf geseran melawan daya gelongsor.

  1. IsiSebelum bergerak
    Huraian

    Geseran statik sama dengan daya gelongsor (f = P). Graf ialah garis lurus berkecerunan 1 sehingga P = μsR (geseran had).

    Contoh

    Blok dengan μsR = 19.6 N ditolak 10 N: geseran 10 N, blok pegun.

  2. IsiSelepas bergerak
    Huraian

    Apabila P melebihi μsR, blok bergerak dan geseran jatuh kepada μkR yang hampir malar walaupun P terus bertambah. Daya paduan P − fk memecutkan blok.

    Contoh

    Blok yang sama ditolak 25 N: geseran turun kepada 14.7 N dan baki 10.3 N memecutkan blok.

Peta alirPerubahan daya geseran dengan daya gelongsor

  1. Daya gelongsor (sliding force) P = 0: geseran f = 0.
  2. P bertambah tetapi jasad masih pegun: geseran statik meningkat sama dengan P (f = P), graf f lawan P ialah garis lurus kecerunan 1.
  3. P mencapai μs R: geseran statik maksimum, jasad di ambang menggelongsor (limiting friction).
  4. P melebihi μs R: jasad mula bergerak, geseran jatuh mendadak kepada geseran kinetik fk = μk R.
  5. P terus bertambah: fk kekal hampir malar; daya paduan P − fk memecutkan jasad.
SP 3.4.4

SP 3.4.5Solve problems involving frictional force.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Solve (Menyelesaikan)

Calon perlu menyelesaikan masalah berangka melibatkan geseran di atas permukaan mengufuk dan satah condong dengan langkah kerja dan unit.

  1. IsiPermukaan mengufuk
    Huraian

    Kira R = mg, bandingkan P dengan μsR untuk menentukan sama ada jasad bergerak, kemudian guna fk = μkR dan a = (P − fk)/m.

    Contoh

    m = 5.0 kg, μk = 0.30, P = 25 N: fk = 14.7 N, a = 2.06 m s⁻².

  2. IsiSatah condong
    Huraian

    Leraikan berat: mg sin θ selari satah, mg cos θ serenjang satah (R = mg cos θ). Di ambang menggelongsor μs = tan θ.

    Contoh

    Blok mula menggelongsor pada θ = 25°: μs = tan 25° = 0.466.

Peta alirContoh: blok ditarik di atas lantai mengufuk

  1. Data: m = 5.0 kg, μs = 0.40, μk = 0.30, g = 9.81 m s⁻², daya tarik mengufuk P = 25 N.
  2. Daya normal: R = mg = 5.0 × 9.81 = 49.05 N.
  3. Geseran statik maksimum: fs,max = μs R = 0.40 × 49.05 = 19.6 N. Oleh kerana P = 25 N > 19.6 N, blok bergerak.
  4. Geseran kinetik: fk = μk R = 0.30 × 49.05 = 14.7 N.
  5. Hukum Newton kedua: a = (P − fk)/m = (25 − 14.7)/5.0 = 2.06 m s⁻².
SP 3.4.5

Peta alirContoh: blok di ambang menggelongsor pada satah condong

  1. Pada sudut kecondongan θ, komponen berat selari satah = mg sin θ; daya normal R = mg cos θ.
  2. Di ambang menggelongsor: mg sin θ = μs mg cos θ.
  3. Maka μs = tan θ.
  4. Jika θ = 30°: μs = tan 30° = 0.577 (tiada unit).
SP 3.4.5

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

SKM
Statik meningkat, Kinetik malar, Maksimum di ambang: urutan perubahan geseran apabila daya gelongsor bertambah (Statik, Kinetik, Maksimum diingat sebagai graf naik-puncak-jatuh).

Kad imbas

Daya geseran
Daya selari permukaan sentuhan yang menentang gerakan relatif atau kecenderungan gerakan relatif
μs
Pekali geseran statik = fs,max / R
μk
Pekali geseran kinetik = fk / R; biasanya μk < μs
Geseran statik sebelum bergerak
Sama dengan daya gelongsor, f = P, sehingga maksimum μs R
Geseran statik lawan kinetik
Statik: jasad pegun, berubah 0 hingga μs R. Kinetik: jasad menggelongsor, malar μk R
Ambang gelongsor pada satah condong
μs = tan θ

Semak kefahaman

  1. Nyatakan arah daya geseran ke atas sebuah kotak yang ditolak ke kanan di atas lantai. (SP 3.4.1)

    Lihat jawapan

    Ke kiri, iaitu bertentangan dengan arah gerakan relatif kotak dan selari dengan permukaan lantai.

  2. Bezakan geseran statik dan geseran kinetik dari segi keadaan jasad. (SP 3.4.2)

    Lihat jawapan

    Geseran statik bertindak ketika jasad masih pegun, manakala geseran kinetik bertindak ketika jasad sedang menggelongsor.

  3. Takrifkan pekali geseran kinetik (coefficient of kinetic friction). (SP 3.4.3)

    Lihat jawapan

    Pekali geseran kinetik ialah nisbah daya geseran kinetik kepada daya tindak balas normal, μk = fk/R.

  4. Bagi sebuah blok, μsR = 30 N. Nyatakan daya geseran jika blok ditolak dengan daya mengufuk 18 N. (SP 3.4.4)

    Lihat jawapan

    18 N kerana P = 18 N kurang daripada μsR = 30 N; blok kekal pegun dan geseran statik sama dengan daya tolakan.

  5. Blok 2.0 kg ditarik dengan daya mengufuk 12 N di atas lantai (μk = 0.20, g = 9.81 m s⁻²). Hitung pecutannya. (SP 3.4.5)

    Lihat jawapan

    R = 2.0 × 9.81 = 19.62 N; fk = 0.20 × 19.62 = 3.92 N; a = (12 − 3.92)/2.0 = 4.04 m s⁻².

17 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (5)
  1. Mengingat

    Aktiviti: Murid menyatakan takrif geseran statik dan kinetik serta pekali geseran statik dan kinetik dengan kad padanan selama 8 minit.

    Bukti hasil kerja: Kad padanan betul; semak takrif; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.

    SP disasar: 3.4.1, 3.4.2, 3.4.3 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. Memahami

    Aktiviti: Dalam pasangan, murid menerangkan graf daya geseran melawan daya penggelongsor, termasuk daya geseran statik had, penurunan kepada geseran kinetik dan keadaan seimbang.

    Bukti hasil kerja: Lakaran graf berlabel dan penerangan lisan.

    SP disasar: 3.4.4 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. Mengaplikasi

    Aktiviti: Murid menjalankan eksperimen menarik blok di atas permukaan mendatar dengan neraca spring untuk menentukan μs dan μk, lalu mengira nilai daripada data.

    Bukti hasil kerja: Jadual data, nilai pekali dan unit.

    SP disasar: 3.4.3, 3.4.5 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. Menganalisis

    Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis gelongsor pada satah condong: menentukan sudut kritikal tan θ = μs dan membandingkan dengan data eksperimen.

    Bukti hasil kerja: Pengiraan sudut kritikal dan jadual perbandingan.

    SP disasar: 3.4.4, 3.4.5 · Latihan sepadan: aras Menganalisis
  5. Menilai

    Aktiviti: Murid menilai keselamatan jalan raya dengan membandingkan jarak brek pada permukaan kering dan basah menggunakan pekali geseran, lalu mencadangkan kelajuan selamat.

    Bukti hasil kerja: Pengiraan jarak brek dan cadangan bertulis.

    SP disasar: 3.4.5 · Latihan sepadan: aras Menilai

Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 109 unit Fizik STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Fizik STPM

Unit lain dalam Dynamics

  1. 3.1 Newton’s laws of motion
  2. 3.2 Linear momentum and its conservation
  3. 3.3 Elastic and inelastic collisions
  4. 3.4 Frictional forces