Aku nggak tahu siapa yang menciptakan tantangan gila ini, tetapi idenya adalah menempatkan seseorang di dalam mangkuk es yang dilubangi dan melihat apakah mereka bisa keluar. Coba lihat! Bentuk mangkuknya seperti bagian dalam bola, jadi semakin tinggi sisi yang kamu daki, semakin curam permukaannya. Kalau menurutmu trotoar ber-es itu licin, cobalah berjalan menanjak di atasnya.
Apa yang kamu lakukan ketika menghadapi masalah seperti ini? Tentu saja, kamu membuat model fisika. Kita akan mulai dengan memodelkan cara orang berjalan di tanah datar, lalu menerapkannya pada lereng yang licin. Sebenarnya ada tiga rencana pelarian yang mungkin, dan aku telah menggunakan model ini untuk membuat animasi agar kamu bisa melihat cara kerjanya. Jadi, yang pertama:
Bagaimana Cara Orang Berjalan?
Saat kamu berjalan dari pintu depan ke kotak surat, kamu mungkin tidak memikirkan mekanika yang terlibat. Kamu menyelesaikan masalah itu saat masih balita, kan? Tapi inilah yang dilakukan ilmuwan: Kami mengajukan pertanyaan yang tidak pernah dipikirkan orang.
Ngomong-ngomong, apakah kamu pernah penasaran mengapa es itu licin? Percaya atau tidak, kita tidak tahu. Alasan langsungnya adalah adanya lapisan tipis berair di permukaannya. Tapi kenapa? Film cairan itu ada bahkan di bawah titik beku. Fisikawan dan ahli kimia telah memperdebatkan ini selama berabad-abad.
Bagaimanapun, untuk mulai berjalan, harus ada gaya yang mengarah pada gerakan. Ini karena mengubah gerak adalah suatu jenis percepatan, dan hukum kedua Newton menyatakan bahwa gaya total pada suatu benda sama dengan hasil kali massa dan percepatannya (F = ma). Jika ada percepatan, pasti ada gaya total.
Jadi gaya apa yang mendorongmu maju? Nah, saat kamu melangkah dan mendorong dengan kaki belakang, ototmu memberikan gaya ke belakang pada Bumi. Dan hukum ketiga Newton mengatakan setiap aksi memiliki reaksi yang sama dan berlawanan. Artinya, Bumi mengerahkan gaya yang mengarah ke depan kembali padamu, yang kita sebut gaya gesek.
Besarnya gaya gesek ini bergantung pada dua hal: (1) Material spesifik yang bersentuhan, yang ditangkap dalam sebuah koefisien (μ)—angka biasanya antara 0 dan 1, dengan nilai lebih rendah berarti lebih licin, kurang cengkeram. Dan (2) seberapa keras permukaan ini ditekan bersamaan, yang kita sebut gaya normal (N).
Gaya normal adalah konsep yang agak aneh bagi pemula fisika, jadi izinkan aku jelaskan. Normal artinya tegak lurus terhadap permukaan kontak. Itu adalah gaya yang mendorong ke atas yang mencegahmu terjun menembus lantai di bawah pengaruh gravitasi. Jika kamu berdiri di tanah datar, kedua gaya ini akan sama besar dan berlawanan arah, saling meniadakan, sehingga tidak ada percepatan vertikal.
Satu catatan terakhir: Ada dua jenis koefisien gesekan yang berbeda. Satu adalah ketika ada dua benda diam, seperti gelas bir di bar, dan kamu ingin tahu seberapa keras kamu bisa mendorong sebelum menyebabkan benda itu bergerak. Batas itu ditentukan oleh koefisien gesek statis (μs).
Kemudian, ketika bartender menggeser gelasmu di sepanjang bar, hambatan gesekan—yang menentukan seberapa jauh gelas itu meluncur—ditentukan oleh koefisien gesek kinetik (μk). Ini biasanya lebih rendah, karena lebih mudah menjaga sesuatu tetap bergerak daripada memulainya.
Jadi sekarang kita bisa menghitung gaya gesek statis (Ffs) dan kinetik (Ffk):