Fisika untuk Hiburan 4 (Gravitasi): Apakah Gaya Gravitasi Penting?

Stasiun Luar Angkasa Internasional mengorbiti bumi sekali setiap 92 menit, terbang sekitar 400 km di atas permukaan laut.

Dalam fisika, orbit adalah lintasan lengkung gravitasi suatu benda, misalnya lintasan planet di sekitar bintang atau satelit alami di sekitar planet. Biasanya, orbit mengacu pada lintasan yang berulang secara teratur, meskipun mungkin juga mengacu pada lintasan yang tidak berulang. Untuk perkiraan yang lebih dekat, planet dan satelit mengikuti orbit elips, dengan pusat massa yang mengorbit pada titik fokus elips, seperti yang dijelaskan oleh hukum Kepler tentang gerak planet.

Untuk kebanyakan situasi, gerakan orbital cukup didekati dengan mekanika Newton, yang menjelaskan gravitasi sebagai gaya yang mematuhi hukum kuadrat terbalik. Namun, teori relativitas umum Albert Einstein, yang menjelaskan gravitasi sebagai akibat kelengkungan ruang-waktu, dengan orbit yang mengikuti geodesika, memberikan perhitungan dan pemahaman yang lebih akurat tentang mekanika gerak orbital yang tepat.

Dalam artikel ini kita akan mengupas tentang topik gravitasi, dengan pertanyaan apakah gaya gravitasi penting? Sepenting apa? Bagaimana jika tidak ada gaya gravitasi? Lalu kita gunakan fisika untuk hiburan untuk menjelaskan semuanya.

"Jika kita tidak melihat benda jatuh setiap menit, kita akan menganggapnya sebagai hal yang paling mengejutkan," tulis astronom terkenal Prancis Arago. Kita menganggap gaya gravitasi, gaya tarik bumi pada semua benda yang ada di atasnya, adalah gaya yang alami dan umum. Tetapi ketika kita diberitahu bahwa benda-benda juga tarik menarik, kita hampir tidak bisa mempercayainya, karena pada umumnya kita tidak pernah menyadarinya.

Sebenarnya, mengapa hukum gravitasi tidak selalu memanifestasikan dirinya? Mengapa kita tidak pernah melihat meja, semangka, atau orang tarik menarik? Karena untuk benda kecil, gaya tariknya pun sangat kecil.

Berikut adalah sebuah contoh grafis. Dua orang pada jarak 2 meter tarik menarik, tetapi gaya yang diberikan sangat kecil, di bawah 0,01 mg untuk orang dengan berat badan rata-rata. Dengan kata lain, 2 orang menarik satu sama lain dengan gaya yang sama dengan yang diberikan oleh berat 0,00001 gram (0,01 mg) pada baki timbangan. Hanya jenis timbangan yang sangat sensitif yang digunakan para ilmuwan di laboratorium mereka yang bisa mencatat berat sekecil itu. Tak perlu dikatakan bahwa gaya ini tidak akan pernah mempengaruhi kita, karena sepenuhnya diimbangi oleh gesekan antara sol sepatu kita dengan lantai.

Untuk mendorong seseorang yang berdiri di atas lantai kayu, di mana gesekan antara sol sepatunya dengan lantai setara 30% berat badannya, Anda harus mengerahkan kekuatan minimal 20 kg. Dan membandingkannya dengan tarikan seperseratus miligram yang bisa diabaikan adalah hal yang konyol. 1 miligram adalah seperseribu gram; 1 gram adalah seperseribu kilogram, akibatnya 0,01 mg adalah tepat seperseratus juta gaya yang dibutuhkan untuk menarik seseorang! Tidak heran jika dalam keadaan biasa kita tidak pernah memperhatikan ketertarikan timbal balik yang ada antar benda-benda!

Tetapi jika gesekan tidak ada, tidak akan ada yang mencegah tarikan yang paling samar dari menyatukan tubuh. Namun, dalam hal gaya sebesar 0,01 mg, kecepatan 2 orang yang akan saling tertarik, bisa diabaikan. Jika tidak ada gesekan, 2 orang, yang terpisah 2 meter, akan saling mendekat sejauh 3 cm pada jam pertama, 9 cm pada jam berikutnya, dan 15 cm pada jam ke-3. Seperti yang Anda lihat, kecepatan meningkat, dan kedua orang itu tertarik semakin dekat, namun perlu 5 jam lagi sebelum kedua orang itu ditarik merapat.

Gravitasi terbukti dalam kasus ketika gesekan tidak menimbulkan hambatan, atau, dengan kata lain, dalam kasus benda diam. Gravitasi akan bekerja pada beban yang tergantung pada seutas benang, menyebabkannya menjuntai secara vertikal ke bawah. Namun jika ada sebuah benda besar yang keras, benda itu akan menarik beban ke arahnya sendiri, membuat benang menyimpang sedikit dari vertikal ke arah resultan antara gravitasi dan tarikan benda besar. Ini pertama kali diamati oleh Maskclyne pada 1775 di dekat sebuah gunung besar di Skotlandia. Dia membandingkan penyimpangan garis tegak lurus dengan arah menuju kutub angkasa di kedua sisi gunung. Eksperimen selanjutnya yang lebih rumit dilakukan dengan bantuan timbangan yang dirancang khusus, yang memungkinkan para ilmuwan secara akurat mengukur gaya gravitasi.

Gaya tarik menarik antara massa kecil bisa diabaikan. Seiring bertambahnya massa, gaya tarik-menarik juga meningkat, dalam berbanding lurus dengan hasil kali kedua massa tersebut. Namun, banyak orang yang cenderung membesar-besarkan gaya ini.

Seorang ilmuwan tertentu, bukan fisikawan tetapi ahli zoologi, mencoba meyakinkan orang bahwa ketertarikan timbal balik yang sering diamati antara kapal-kapal di laut adalah karena gravitasi.

Sebuah perhitungan akan segera menunjukkan bahwa gravitasi tidak memiliki andil di dalamnya. Dua kapal perang berbobot 25.000 ton akan tarik menarik dengan gaya hanya 400 g ketika keduanya berjarak 100 m. Ini tentu saja terlalu sedikit untuk menyebabkan kapal bergerak.

Meskipun bisa diabaikan dalam kasus massa kecil, gravitasi terbukti menjadi kekuatan yang cukup besar ketika kita berurusan dengan massa benda-benda di angkasa yang sangat besar. Bahkan planet Neptunus yang jauh, tepat di tepi tata surya, menarik bumi ke arahnya sendiri dengan kekuatan 18 juta ton.

Terlepas dari jarak yang sangat jauh antara kita dengan matahari, hanya gravitasi yang membuat bumi tidak menyimpang dari orbitnya. Jika matahari berhenti mengerahkan gaya tariknya, planet kita ini akan melesat pada garis singgung dengan orbitnya untuk berlomba menuju jangkauan ruang yang tak terbatas.

Kepustakaan:
1. Perelman, Y., Physics for Entertainment, Book 2, Shkarovsky, A. (Transl.), Foreign Language Publishing House, Moscow, 1936.
2. Diary Johan Japardi
3. Berbagai sumber daring.

Jonggol, 25 Juli 2021

Johan Japardi