Gaya Gravitasi

Gaya Gravitasi

Note : jangan baca ini sebelum memahami Dinamika 1 - Apa itu dinamika?


Harusnya kita masuk ke hukum Newton dulu, tapi karena gua bikin ini diperuntukan buat anak kelas 11 MIA di smansa, dan kita udh belajar hk newton di kelas x, jadi gua bakal langsung bahas gravitasi(karena ini yg kita pelajarin sekarang).







Penemu gravitasi? Ya, dia adalah Sir Isaac Newton. Universitas tempat Newton belajar dan mengajar kala itu diserang wabah penyakit, sehingga univnya ditutup sementara(bisa dibilang libur dadakan). Newton-pun pulang ke kampungnya, dan merenung + berpikir tentang alam setiap harinya. Sampai suatu saat, ia berbaring dibawah pohon apel, merenung, dan tiba-tiba sebuah apel jatuh lalu menimpa kepalanya. Saat itu juga terbersit pertanyaan di dalam benaknya "aneh, apa ya yg membuat apel ini bisa jatuh? kenapa apel ini jatuh kebawah saat lepas dari tangkai pohonnya? kenapa apel ini ga naik terbang ke atas aja?" Memikirkan pertanyaan ini, tiba-tiba ia juga berpikir "kenapa bumi bisa terus berputar mengelilingi matahari? kenapa bumi tidak lepas dan pergi meninggalkan matahari?" Ia berlari ke rumah dan memikirkannya. Akhirnya ia mendapat jawaban atas 2 pertanyaannya tersebut, jawabannya adalah gaya gravitasi.

Menurut gua, cerita tadi sangat inspiratif. Kita kalo liburan ngapain? Main? Hepi-hepi? Apa kita produktif waktu liburan? Kadang kita sekolah aja ga produktif wkwk... Si Newton lagi liburan malah nemuin rumus terus terkenal. Kisah Isaac Newton tadi mengingatkan gua sekali lagi kalo usaha berbanding lurus dengan hasil.....

Kemudian lahirlah orang jenius lainnya, Albert Einstein. Einstein berhasil menemukan teori baru dan menyatakan kalau gravitasi bukanlah gaya, melainkan cekungan ruang-waktu atau bahasa kerennya "the distortion of space-time". Dan terbukti pernyataan Einstein ini memang benar, akhirnya konsep gravitasi sebagai gaya mulai ditinggalkan. Tapi karena di taraf SMA kita belajar fisika ala jaman Newton, jadi kita terima dulu aja kalo gravitasi adalah gaya. Masalah cekungan ruang-waktu tadi ga akan gua bahas disini, silahkan browsing sendiri kalo tertarik, atau kita bisa ngobrol langsung tentang ini :)

Inti dari gravitasi adalah gaya tarikan yg disebabkan benda memiliki massa. Menurut Newton, semua benda yg memiliki massa pastilah memiliki gaya gravitasi. Jadi apa kertas punya gravitasi? Jawabannya ya. Apa rambut sebetulnya menarik kita? Jawabannya lagi-lagi ya. Meski gaya tarik kertas dan rambut kecil sekali dan tak terasa, tapi dua benda tadi sesungguhnya punya gravitasi.

Hukum Gravitasi Universal

Newton Henry Cavendish melakukan percobaan untuk menghitung gravitasi dan mencari tahu apakah benda bermassa memiliki gravitasi. Percobaan tersebut adalah :

gambar 1.1


Lihat gambar 1.1!
Inti dari percobaannya adalah begini :
1. Newton Henry menggantung sebuah pipa homogen dengan tali, tali diikatkan tepat di tegah pipa, ujung tali lainnya diikatkan ke langit langit. Pipa diatur agar TIDAK BERGERAK SAMA SEKALI. Diujung pipa tersebut dipasang sebuah bola besi. Ditengah pipa juga dipasang cermin
2. Bola besi lainnya didekatkan ke bola besi tadi, sangaaaaaaat dekat tapi tak bersentuhan
3. Newton Henry menembakan sinar laser ke cermin, dan memantulkannya ke penggaris
4. Ruangan tempat percobaan diisolasi, semua benda diam sempurna, kemudian dibiarkan begitu
5. Setelah beberapa saat, Newton Henry mengamati kalau pantulan sinar laser pada penggaris bergeser, tanda bahwa cerminnya bergerak. Cermin bergerak? Artinya pipa bergerak. Pipa bergerak? Artinya ujung bola besinya bergerak. Siapa yg menggerakkannya? Tentunya sebuah gaya. Dan gaya ini adalah gaya gravitasi antar dua bola besi sehingga bola saling tarik menarik menyebabkan cermin bergerak.


Setelah berkali-kali percobaan berkali kali, Newton Henry menemukan polanya.
1. Semakin besar massa kedua benda, tarikan semakin kuat > gravitasi berbanding lurus dengan massa
2. Semakin jauh jarak kedua benda, tarikan semakin lemah > gravitasi berbanding terbalik dgn jarak kedua benda
3. Hasil gaya yg terhitung merupakan ketentuan nomor 1 dan 2 tadi ditambah dengan modifikasi dari sebuah nilai konstan, yaitu 6,67 x 10^-11, modifikasi ini disebut konstanta gravitasi atau G. Proses penemuan G ini sama seperti proses penemuan pi pada keliling lingkaran(browsing kalo belum tau).

Dari 3 pola tadi, Newton merumuskan :




F1 = F2 = gaya gravitasi = gaya tarik menarik antar benda
G = konstanta gravitasi yg nilainya 6,67 x 10^-11 Nm^2/kg^2
m1 = massa benda 1
m2 = massa benda 2
r = jarak antara kedua benda

Hukum diatas dinamakan Newton : Hukum Gravitasi Universal

Medan Gravitasi

Medan Gravitasi adalah daerah yang masih terpengaruh oleh gaya gravitasi. Sebenarnya medan gravitasi sebuah benda adalah tak terhingga, karena seberapa jauhpun kita dari suatu benda, kita masih merasakan tarikan benda tersebut sebetulnya meski sangat sangat kecil. Namun akhirnya, istilah medan gravitasi adalah daerah dimana kita masih terpengaruh gravitasi yg cukup besar untuk membuat kita bergerak.

Apabila kita masuk kedalam suatu medan gravitasi, maka kita akan ber-GLBB, tertarik kearah sumber gravitasi tersebut. Sebetulnya kejadian ini adalah tarik menarik, namun benda bermassa lebih kecil cenderung lebih tertarik ke benda yg massanya lebih besar.

Besar dari sebuah medan gravitasi dihitung dari seberapa besar percepatan(a) yg kita alami saat terpengaruh oleh medan gravitasi tersebut. Percepatan ini biasa kita sebut percepatan gravitasi dengan simbol g. Nilai dari a medan gravitasi bisa kita cari dengan hk Newton II yaitu :  F = m.a
Kita hubungkan rumus ini dengan hukum gravitasi universal newton maka kita dapatkan :

F = G.M.m / r^2 = m.a --> coret m di kedua sisi, didapatkan :
amedan gravitasi = g = G.M / r^2

Hukum Kepler III

Hukum Kepler III menyatakan kalau periode sebuah planet mengitari matahari kuadrat per jarak planet tersebut ke matahari pangkat 3 adalah tetap/konstan untuk setiap planet.

Tarikan matahari lebih kuat dari pada tarikan bumi, mestinya bumi tertarik gravitasi dan menabrak matahari. Tapi kenapa hal ini tak terjadi? Pasti ada sebuah gaya penyeimbang yg membuat bumi terdorong juga keluar, agar tidak menabrak matahari. Bumi berputar terhadap matahari, ingat! Semua benda yg bergerak melingkar pasti memiliki gaya sentripetal! Gaya sentripetal ini mendorong matahari, dan sebagai reaksinya (hk Newton III : F aksi = -F reaksi) matahari memberikan gaya sentrifugal kepada bumi yg besarnya sama dengan gaya aksinya, yaitu gaya sentripetal. Gaya sentrifugal ini menyeimbangkan gaya gravitasi matahari sehingga bumi tak menabrak matahari, begitu juga terjadi untuk planet-planet lainnya.

Maka bisa kita simpulkan kalau : gaya sentripetal = gaya sentrifugal = gaya gravitasi
m.v^2 / R = G.M.m / R^2
v^2 / R = G.M / R^2
v^2 = G.M /R

Ingat kalau pada gerak melingkar, v = 2πr / T , maka :

(2πr / T)^2 = G.M / R
4π^2 . R^2 / T^2 = G.M / R
4π^2 . R^3 / T^2 = G.M
4π^2 . R^3 = G.M.T^2
4π^2 / G.M = T^2 / R^3

Dimana : 4 = konstan, π = konstan, G = konstan, M = konstan(massa benda pusat orbit), T = periode 1 kali putaran, r = jarak antara benda berputar(planet) dengan benda porosnya(matahari)

maka bisa disimpulkan :

T^2 / R^3 = 4π^2 / G.M = konstan

T^2 / R^3 = konstan

Selesai materi tentang gravitasi :) kira2 materi buat UTS Fisika nanti itu semua set kinematika + kalkulus diferensial & integral + artikel ini(gravitasi), semangat yak UTS nya!!

Buat yang udah baca dan paham isi artikel ini, tolong ilmunya bagi ke temen2 yg lain ya :)
#fisikasukber37