Fisika untuk Hiburan 60 (Gerak): Berpacu dengan Waktu

Waktu Universal Terkoordinasi (Universal Time Coordinated/UTC) adalah standar waktu utama yang digunakan dunia untuk mengatur penunjuk waktu dan waktu. UTC berada dalam sekitar 1 detik dari waktu matahari rata-rata pada garis bujur 0 dan tidak disesuaikan dengan waktu musim panas. UTC secara efektif menggantikan Waktu Rata-rata Greenwich (Greenwich Mean Time/GMT).

UTC telah disesuaikan beberapa kali, termasuk periode singkat selama sinyal-sinyal radio koordinasi waktu menyiarkan UTC maupun Waktu Atom Bertahap (Stepped Atomic Time /SAT) sebelum UTC terbaru diadopsi pada 1970 dan diimplementasikan pada 1972.

Sejumlah proposal telah dibuat untuk menggantikan UTC yang sekarang dengan sebuah sistem baru yang lebih sempurna, yang akan menghilangkan detik kabisat. Keputusan apakah akan melakukan penghapusan ini ditangguhkan hingga 2023.

Kali ini, dalam topik Gerak dari Fisika untuk Hiburan, kita diajak merenungkan tentang hubungan antara posisi awal, jarak tempuh, kecepatan gerak, posisi tujuan, dan zona waktu.

Bisakah seseorang meninggalkan Vladivostok dengan pesawat udara pada pukul 8 pagi dan mendarat di Moskow pada pukul 8 pagi pada hari yang sama?

Bukan bicara sembarangan, kita benar-benar bisa melakukan itu. Jawabannya terletak pada selisih waktu 9 jam di zona waktu Vladivostok dan Moskow.

Jika pesawat kita menempuh jarak antara 2 kota itu dalam 9 jam itu, maka kita akan mendarat di Moskow pada waktu yang sama dengan saat lepas landas dari Vladivostok. Mengingat jarak Vladivostok-Moskow kira-kira 9.000 km, kita harus terbang dengan kecepatan 9.000 : 9 = 1.000 km/jam, yang sangat mungkin hari ini.

Catatan:
Saya membuat perbandingan serupa, jarak dari Singapura ke Jakarta bisa ditempuh dalam, katakanlah 2 jam, selisih waktu 1 jam (duluan Singapura). Jika kita berangkat dari Singapura pada pukul 8 pagi, waktu penerbangan 2 jam, maka kita akan sampai di Jakarta pada pukul 8 + 2 = 10 waktu Singapura, atau pukul 9 waktu Jakarta. Jika kita tidak menyadari zona waktu yang berbeda 1 jam ini, kita merasa seakan-akan kita hanya naik pesawat selama 1 jam.

Suatu hari kelak, jika telah ada pesawat yang kecepatannya 2 kali lipat dari yang sekarang, kita bahkan akan sampai di Jakarta pada waktu yang sama, persis Vladivostok-Moskow yang diuraikan oleh Perelman lebih dari 8 dekade yang lalu.
 
Untuk "mengungguli kecepatan matahari" (atau lebih tepatnya kecepatan bumi) di garis lintang Arktik, seseorang bisa bergerak jauh lebih lambat. Di atas Novaya Zomlya, pada paralel ke-77, sebuah pesawat yang melaju sekitar 450 km/jam akan menempuh jarak sejauh titik tertentu pada permukaan bumi, dengan waktu yang sama dengan yang diperlukan untuk menempuh jarak dalam proses rotasi sumbu bumi.

Jika Anda terbang dengan pesawat seperti itu, Anda akan melihat matahari tertahan dalam keadaan tidak bergerak. Matahari tidak akan pernah tenggelam, asalkan, tentu saja, jika  pesawat Anda bergerak ke arah yang benar.

Masih lebih mudah untuk "mengungguli kecepatan bulan" dalam revolusinya mengelilingi bumi. Perputaran bulan mengelilingi bumi membutuhkan waktu 29 kali lebih lama daripada waktu yang dibutuhkan bumi untuk menyelesaikan satu rotasi pada sumbunya (yang kita bandingkan, tentu saja, adalah apa yang disebut kecepatan sudut atau kecepatan angular, bukan kecepatan linear).

Jadi kapal uap biasa yang bergerak dengan kecepatan 15-18 knot bisa mengungguli kecepatan bulan bahkan oven di lintang sedang.

Mark Twain menyebutkan fenomena ini dalam bukunya Para Orang Lugu ke Luar Negeri (Innocents Abroad):
"Saat berlayar melintasi Atlantik, dari New York ke Azores, kami memiliki cuaca musim panas yang sejuk, dan malam yang bahkan lebih cerah daripada siang hari. Ada fenomena bulan purnama yang terletak tepat di tempat yang sama di langit pada jam yang sama setiap malam. Alasan perilaku bagian bulan yang demikian itu tidak terpikirkan oleh kami pada awalnya, tetapi kemudian ketika kami merenungkan bahwa kami mengalami selisih waktu sekitar 20 menit setiap hari, karena kami pergi ke timur begitu cepat, jadi kami punya waktu yang cukup untuk menemani bulan setiap hari."

Catatan:
UTC membagi waktu menjadi hari, jam, menit dan detik. Hari secara konvensional diidentifikasi menggunakan kalender Gregorian, tetapi bilangan hari kalender Julian juga bisa digunakan.

Satu hari terdiri dari 24 jam dan 1 jam 60 menit. Satu menit biasanya terdiri dari 60 detik, tetapi sesekali terjadi lompatan detik, sehingga 1 menit bisa menjadi 59 atau 61 detik.

Jadi, dalam skala waktu UTC, detik dan semua unit waktu yang lebih kecil (milidetik, mikrodetik, dll.) memiliki durasi konstan, tetapi menit dan semua unit waktu yang lebih besar (jam, hari, minggu, dll.) memiliki durasi variabel karena adanya lompatan detik. Itulah sebabnya mengapa sebuh sistem baru sedang dipersiapkan untuk menggantikan UTC (lihat uraian di atas).

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

Jonggol, 8 Agustus 2021

Johan Japardi