Fisika untuk Hiburan 83 (Gravitasi): Menembak di Bulan

Gaya gravitasi di bulan hanya 1/6 kali gaya gravitasi di bumi, dan ini bisa disebut sebagai keadaan yang hampir tanpa bobot.  Di bulan juga tidak ada resistansi atmosfer.

Melalui topik Gravitasi dari Fisika untuk Hiburan kali ini, mari kita lihat apa pengaruh kedua keadaan di bulan itu terhadap pelemparan atau penembakan 2 jenis peluru, yang 1 bola besi kecil dan 1 lagi bulu dari bantal, setinggi apa masing-masing peluru akan naik dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk kembali ke tanah di bulan, serta pengaruh tanah itu sendiri terhadap peluru tersebut. Kita juga akan melihat bagaimana gelombang bunyi merambat di bulan.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935) adalah seorang ilmuwan roket Rusia dan Soviet yang mempelopori teori astronotika. Bersama dengan Robert Esnault-Pelterie dari Prancis, orang Jerman Hermann Oberth dari Transilvania, dan Robert H. Goddard dari Amerika, Tsiolkovsky adalah salah seorang pendiri peroketan modern dan astronotika.

Karya-karya Tsiolkovsky kemudian mengilhami insinyur roket Soviet terkemuka Sergei Korolev dan Valentin Glushko yang berkontribusi pada keberhasilan program luar angkasa Soviet. Tsiolkovsky menghabiskan sebagian besar hidupnya di sebuah rumah kayu di pinggiran Kaluga, sekitar 200 km barat daya Moskow. Perilakunya yang seperti seorang pertapa dan kebiasaannya yang tidak biasa membuatnya tampak aneh bagi sesama warga kota.

Episode berikut adalah dari On the Moon (Di Bulan), sebuah novel karya Tsiolkovsky yang  terkenal, yang akan memberitahu kita bagaimana gaya gravitasi mempengaruhi gerak.

Karena atmosfer bumi yang menghambat gerak semua benda di dalamnya, kita tidak bisa  melihat hukum sederhana tentang jatuhnya benda, karena diperumit oleh berbagai faktor tambahan.

Akan tetapi, bulan tidak memiliki atmosfer apa pun, dan bisa menjadi laboratorium yang bagus untuk mempelajari benda-benda jatuh, asalkan kita bisa mencapai bulan dan melakukan penelitian ilmiah di sana.

Dalam novel Tsiolkovsky itu dikisahkan tentang 2 orang yang sedang berada di bulan berbicara kepada satu sama lain. Mereka ingin melihat seperti apa penerbangan peluru yang ditembakkan dari pistol di bulan.

"Tetapi apakah bubuk mesiu akan berfungsi di sini?"

"Di ruang hampa, efek bahan peledak seharusnya lebih besar daripada di udara, karena udara mencegah ledakan peluru, akan tetapi Oksigen memungkinan ledakan itu."

"Mari kita arahkan senapan secara vertikal untuk memudahkan kita untuk menemukan peluru nanti."

"Ada kilatan dan bunyi perlahan (jenis bunyi yang didengar orang karena ditransmisikan melalui tanah dan bukan melalui udara yang tidak dimiliki Bulan) dan tanah bergetar."

"Di mana gumpalan tanah itu? Pasti sulit dicari."

"Gumpalan tanah itu telah naik bersama peluru dan kemungkinan besar akan mengikuti ke mana peluru itu jatuh. Jika di bumi, atmosfer akan mencegah gumpalan itu menyelimuti peluru timah.

Di bulan, sehelai bulu akan jatuh dan terbang dengan cara yang sama dengan sebuah bola besi. Misalkan Anda mengambik sehelai bulu dari bantal Anda sedangkan saya mengambil sebuah bola besi kecil. Anda bisa melemparkan bulu itu dan mengenai sesuatu yang jauh, semudah saya melakukannya dengan bola kecil saya, karena mengingat bobot bola besi itu kecil, saya bisa melemparkannya sejauh 400 meter. Anda juga bisa melemparkan bulu sejauh 400 meter. Benar, Anda tidak akan membunuh siapa pun dengan itu. Anda bahkan tidak akan merasakan apa-apa saat Anda melemparkannya. Jadi mari kita lempar proyektil kita dengan sekuat tenaga."

"Bulu terbang sedikit lebih jauh dari bola besi, karena ditarik oleh angin puyuh yang kuat."

"Apa yang terjadi? Sudah 3 menit sejak kita melepaskan tembakan tetapi pelurunya masih belum kembali."

"Bersabarlah selama beberapa menit. Anda mungkin akan melihatnya kembali sebentar lagi."

Dan memang, beberapa menit kemudian kami merasakan tanah bergetar dan melihat gumpalan tanah memantul di dekat kami.

"Peluru itu pasti terbang cukup lama! Seberapa tinggikah itu?"

"Sekitar 70 kilometer ke atas, semuanya karena tarikan gravitasi yang kecil dan tidak adanya resistansi atmosfer."

Misalkan kita memeriksa pernyataan di atas. Jika kita misalkan kecepatan peluru bola besi maupun bulu itu 500 mm/s, tanpa adanya atmosfer, masing-masing peluru akan naik setinggi: h = v^2/2g =500^2/(2x10) = 12.500 m atau 12,5 km. Namun karena tarikan gravitasi bulan hanyalah 1/6 dari bumi, g menjadi 6 kali lebih kecil dan akibatnya peluru akan naik setinggi 12,5 x 6 = 75 km.

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, 15 Agustus 2021

Johan Japardi