Disalin by Shinta Maharani
1. PENGERTIAN
“GAYA GRVITASI”
Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hukum gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang cukup akurat dalam kebanyakan kasus.
Bumi yang memiliki massa yang sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda disekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda benda yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada diluar angkasa, seperti bulan, meteor, dan benda angkasa laiinnya, termasuk satelite buatan manusia.
Hukum gravitasi universal Newton dirumuskan sebagai berikut:
Setiap massa titik menarik semua massa titik lainnya dengan gaya segaris dengan garis yang menghubungkan kedua titik. Besar gaya tersebut berbanding lurus dengan perkalian kedua massa tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua massa titik tersebut.
F adalah besar dari gaya gravitasi antara kedua massa titik tersebut diukur dalam satuan Newton (N)
G adalah konstanta gravitasi, besarnya sama dengan 6,67 × 10−11 N m2 kg−2.
m1 adalah besar massa titik pertama, satuannya dalam kilogram (Kg)
m2 adalah besar massa titik kedua, satuannya dalam kilogram (Kg)
r adalah jarak antara kedua massa titik, satuannya dalam meter (M)
Bagaimana gaya gravitasi bekerja? Apakah gaya gravitasi sama besarnya di setiap tempat? Mengapa berat tubuh astronot di bulan lebih ringan daripada dibumi?
Seorang ilmuwan bernama Newton (abad ke-16) sedang duduk di bawah pohon apel. Ternyata sebuah apel jatuh dan menimpa kepalanya. Ia lalu berpikir, pasti ada suatu gaya yang menyebabkan apel bisa jatuh ke bawah. Berawal dari hal ini, lalu ditemukan gaya gravitasi.
Sumber : http://khoahoc.com/
Gaya gravitasi yang bekerja pada apel menyebabkan apel jatuh ke bawah. Gaya gravitasi yang bekerja pada apel tersebut disebut gaya berat apel, sedangkan gaya gravitasi yang bekerja pada tubuh kita disebut gaya berat kita. Setiap benda memiliki gaya berat, dan arah gaya berat selalu ke bawah, menuju pusat gravitasi (ketika suatu benda berada di bumi, gaya beratnya akan mengarah ke bumi).
Berbeda dengan massa, gaya berat suatu benda bisa berubah-ubah tergantung dengan percepatan gravitasi yang ada di tempat tersebut. Perbedaan berat astronot di bumi dan bulan adalah kompensasi dari hal tersebut. Jika massa astronot adalah 65 kg, maka berat astronot di bumi adalah 65 kg x percepatan gravitasi bumi (9.78 m/s2), yaitu 635.7 N. Sedangkan percepatan gravitasi bulan adalah 1/ 6 kali percepatan gravitasi bumi. Wajar saja, berat tubuh astronot menjadi lebih ringan, yaitu 65 kg x percepatan gravitasi bulan (1.63 m/s2), yaitu 105.95 N.
Kesimpulannya, percepatan gravitasi di suatu tempat dengan berat seseorang : A. Berbanding terbalik B. Berbanding lurus Mana yang benar?
Percobaan-percobaan
Newton, dalam percobaan tentang gravitasi, menggantungkan beberapa bola pendulum dengan tali sepanjang 11 kaki. Beliau mengamati seolah-olah pendulum-pendulum itu saling berinteraksi, dengan cara memelintirkan tali-talinya. Ketika itu orang-orang sepakat bahwa di dalam setiap jengkal jarak terdapat semacam partikel yang sangat halus dan sempurna. Aristoteles menyebutnya eter, yang kemudian digunakan Descartes dalam vorteks. Namun Newton meyakinkan diri bahwa aksi pada jarak sama sekali tidak memerlukan eter. Beliau lebih memerlukan aksi pada jarak yang murni. Aksi pada jarak dalam gravitasi kemudian direduksi oleh Einstein sebagai semata akibat kelengkungan ruang-waktu. Sekarang gravitasi telah dikembangkan sedemikian rupa dalam Relativitas Umum sebagai bagian yang sama sekali berbeda dari interaksi-interaksi yang lain.
Newton meyakini bahwa gravitasi berlaku umum di jagat raya ini, di langit, di bumi, dan di mana saja asalkan masih termasuk alam. Ia menyatakan bahwa apel yang jatuh dari pohonnya di taman—yang ia saksikan dari jendela kamarnya ketika ia mendapatkan inspirasi gravitasi, bulan yang mengorbit bumi, komet yang melintasi beberapa tata surya, dan sebagainya, disebabkan oleh gravitasi. Sebelum itu hanya hukum-hukum Kepler yang dianggap mampu menjelaskan fenomena tersebut. Dan gravitasi sangat cocok dengan hukum-hukum tersebut.
Bayangkan gravitasi dalam kehidupan sehari-hari. Seandainya Anda ditanya, seberapa kuat gravitasi tersebut? Anda mungkin akan menjawab: luar biasa kuat. Jawaban ini tentunya keliru, karena sejauh ini gravitasi adalah gaya yang paling lemah diantara keempat gaya yang diyakini keberadaannya oleh para fisikawan. Gravitasi yang tampak begitu mencolok dalam kehidupan sehari-hari adalah gabungan gravitasi dari semua partikel yang ada di tubuh raksasa bumi. Diperlukan instrumen yang sangat peka untuk mendeteksi adanya gaya tarik-menarik yang sangat lemah antara benda-benda kecil yang kita jumpai sehari-hari.
Newton menemukan hukum-hukum yang menjelaskan bagaimana kerja gravitasi dalam situasi dan kondisi yang kurang-lebih normal. Benda-benda di jagat raya ini tidak benar-benar diam. Benda-benda tersebut tidak duduk tenang sampai ada gaya yang datang untuk mendorong atau menariknya, serta kemudian menggelinding dan duduk tenang lagi. Sesungguhnya sebuah benda yang tak diusik akan melanjutkan gerakannya dalam sebuah garis lurus tanpa mengubah laju geraknya. Paling baik jika kita membayangkan bahwa semua benda dalam jagat raya ini bergerak. Kita dapat mengukur lajunya dan arah geraknya dengan membandingkan ia dengan objek-objek lain, tetapi tidak dapat membandingkannya ke suatu keadaan diam mutlak. Ini adalah prinsip relativitas.
Misalnya, seandainya bulan satu-satunya benda di angkasa, ia tidak akan diam saja, melainkan bergerak dalam satu garis lurus tanpa mengubah lajunya. Tentu saja jika bulan satu-satunya benda di angkasa, tidak ada cara bagi kita (atau pengamat pada umumnya) untuk mengatakan bahwa bulan bergerak lurus, karena tidak ada benda lain untuk dibandingkan dengan gerakan bulan. Namun, bulan ternyata tidak sendirian. Sebuah gaya yang dikenal sebagai gravitasi bekerja terhadap bulan untuk mengubah laju dan arah geraknya. Gaya gravitasi tersebut datang dari bumi. Bulan berusaha menolak perubahan tersebut, agar ia tetap bergerak menurut garis lurus. Namun, kekuatannya lebih kecil dari bumi, sehingga ia terpaksa bergerak mengelilingi bumi. Sementara itu, gravitasi bulan juga mempengaruhi bumi. Hasil yang paling jelas adalah fenomena pasang-surut pantai.
Newton menyatakan bahwa banyaknya massa yang dimiliki sebuah benda mempengaruhi kuat-lemahnya tarikan gravitasi antara benda itu dan benda lain. Bila faktor-faktor yang lain tetap sama, makin besar massa itu, akan makin besar tarikannya. Seandainya massa bumi dua kali massa sekarang ini, tarikan gravitasinya terhadap bulan pasti juga akan dua kali sekarang ini. Setiap perubahan massa, baik dari bumi maupun dari bulan, akan mengubah kekuatan gravitasi diantara mereka. Newton juga menemukan bahwa semakin jauh benda-benda itu terpisah, maka akan semakin lemah tarikan gravitasi diantara mereka. Jika bulan berada pada jarak dua kali jaraknya yang sekarang dari bumi, tarikan gravitasi antara bumi dan bulan hanya akan sebesar seperempat dari tarikan sekarang ini.
Gravitasi Newton adalah sebuah teori yang baik. Selama 200 tahun setelah masa beliau, teori tersebut tidak perlu diubah. Sekarang kita masih menggunakannya, meskipun sekarang kita tahu bahwa teori itu tidak berlaku dalam beberapa situasi, umpamanya seperti bila gaya gravitasi tersebut menjadi sangat kuat, misalnya di dekat lubang hitam, atau bila benda-benda bergerak dengan laju mendekati kecepatan cahaya.
Pada awal abad 20, Einstein melihat adanya masalah dengan teori Newton. Seperti yang telah diketahui bahwa kuat gravitasi antara dua benda tergantung dari jarak yang memisahkan mereka. Jika ini benar, maka seandainya seseorang mengambil matahari dan menggerakkannya lebih jauh dari bumi, gaya gravitasi antara bumi dan matahari akan berubah dalam sekejap. Mungkinkah itu? Dalam Relativitas Einstein dikatakan bahwa laju rambat cahaya akan selalu tetap besarnya, dimanapun Anda berada di jagat raya ini atau bagaimanapun gerak Anda. Berdasar perhitungannya, Einstein menyimpulkan bahwa tidak ada benda yang mampu bergerak melebihi kecepatan cahaya, kecuali partikel-patikel yang menyusun cahaya itu sendiri. Cahaya matahari memerlukan sekitar 8 menit untuk bisa mencapai bumi. Maksudnya, kita selalu melihat matahari dalam keadaannya pada 8 menit yang lalu. Jadi, jika matahari digerakkan menjauh, kita yang ada di bumi tidak akan tahu apa yang sedang terjadi dan tidak akan merasakan pengaruh apapun dalam waktu 8 menit tadi. Selama 8 menit, kita akan terus beredar mengitari matahari, seolah-olah matahari tidak bergeser. Dengan kata lain, pengaruh gravitasi suatu benda terhadap benda lain tidak dapat berubah dalam waktu sekejap, karena menurut Einstein gravitasi tidak dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Informasi tentang seberapa jauh matahari digeser tidak dapat bergerak dalam sekejap melintasi ruang. Informasi itu tidak bisa bergerak dengan kecepatan melebihi 300.000 kilometer setiap detik.
Implikasi relativistik jelas bahwa bila kita berbicara mengenai benda-benda yang bergerak dalam jagat raya ini, tidaklah realistis untuk berbicara hanya dalam tiga dimensi ruang. Jika tidak ada informasi yang dapat merambat lebih cepat dari laju rambat cahaya, benda-benda yang berjarak sangat jauh tidak ada bagi kita ataupun kita bagi mereka, tanpa suatu faktor waktu. Menjelaskan alam raya dalam tiga dimensi sama tidak memadainya seperti menggambarkan kubus dalam dua dimensi. Akan jauh lebih berarti jika kita memasukkan dimensi waktu, dan mengakui bahwa sebenarnya ada empat dimensi di semesta ini.
Einstein menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk mencoba mencari suatu teori gravitasi yang sesuai dengan teori yang telah ditemukannya mengenai cahaya dan gerakan pada kecepatan mendekati laju rambat cahaya. Pada tahun 1915, ia memperkenalkan Relativitas Umum. Beliau meminta kita untuk membayangkan gravitasi bukan sebagai gaya yang bekerja diantara benda-benda dalam bentuk aksi pada jarak, melainkan dalam bentuk kelengkungan ruang-waktu empat dimensi itu sendiri. Dalam pikirannya, gravitasi adalah geometri jagat raya.
Menurut Einstein, kelengkungan tersebut disebabkan oleh hadirnya massa atau energi. Semua benda bermassa menyumbang terhadap kelengkungan ruang-waktu. Benda-benda yang berjalan maju lurus dalam jagat raya akan dipaksa untuk mengikuti lintasan yang melengkung. Bayangkanlah selembar karpet dengan sebuah bola boling pada permukaannya, yang menyebabkan lekukan di situ. Cobalah menggelindingkan sebuah bola golf menurut garis lurus melewati bola boling tersebut. Bola golf tentu akan sedikit mengubah arahnya apabila menjumpai lekukan yang disebabkan bola boling. Atau mungkin akan lebih dari itu: bola golf tersebut akan melintas dalam bentuk elips dan menggelinding kembali ke arah Anda. Hal seperti itu terjadi bila bulan mencoba meneruskan gerakannya yang lurus ketika melewati bumi. Bumi melengkungkan ruang-waktu seperti bola boling melengkungkan lembaran karpet. Inilah efek lensa gravitasi.
Anda akan mendapatkan bahwa Einstein menjelaskan gejala yang sama seperti yang dijelaskan Newton. Bagi Einstein sebuah benda bermassa melengkungkan ruang-waktu, sedangkan bagi Newton benda bermassa mengeluarkan gaya. Akibatnya, dalam tiap kasus terjadi perubahan arah gerak dari sebuah benda kedua. Menurut Teori Relativitas Umum, medan gravitasi dan kelengkungan adalah satu hal yang sama. Jika Anda menghitung lintasan-lintasan planet dalam tata surya dengan menggunakan teori Newton dan kemudian menghitungnya kembali dengan menggunakan teori Einstein, Anda akan mendapatkan lintasan yang hampir tepat sama, kecuali dalam kasus orbit Merkurius. Karena Merkurius merupakan planet yang paling dekat dengan matahari, maka ia mendapatkan pengaruh yang lebih besar daripada planet-planet yang lain. Oleh karena itu, teori Einstein meramalkan suatu hasil yang sedikit berbeda dari hasil yang diramalkan teori Newton. Pengamatan menunjukkan bahwa lintasan Merkurius lebih cocok dengan ramalan Einstein.
Teori Einstein meramalkan bahwa benda-benda lain di samping bulan-bulan dan planet-planet dipengaruhi oleh melengkungnya ruang-waktu, bahkan foton juga harus melewati lintasan yang melengkung. Jika suatu foton berjalan dari suatu bintang yang jauh dan lintasannya dekat dengan matahari, kelengkungan ruang-waktu di dekat matahari menyebabkan lintasannya akan sedikit dibelokkan masuk ke arah matahari, tepat seperti lintasan bola golf melengkung ke dalam ke arah bola boling. Barangkali lintasan cahaya tersebut membengkok sedemikian rupa sehingga cahaya itu akhirnya menabrak bumi. Matahari terlalu terang sehingga kita tidak dapat melihat cahaya bintang itu, kecuali ketika pada saat terjadi gerhana matahari. Jika kita melihat foton-foton dari bintang itu dan tidak menyadari bahwa matahari membengkokkan lintasannya, kita akan mendapatkan gambaran yang salah mengenai posisi bintang yang sebenarnya. Para astronom memanfaatkan efek ini untuk mengukur massa benda-benda di luar angkasa dengan mengukur berapa pembengkokan lintasan cahaya yang berasal dari bintang-bintang yang jauh. Makin besar massanya, makin besar pula pembengkokannya.*
Gravitasi “Lembaran Karpet” dikembangkan lebih lanjut oleh para kosmolog, terutama Stephen Hawking, dan menghasilkan gagasan tentang Black Hole dan Big Bang. Namun sayang, gagasan ini kurang cocok apabila eksistensi nukleoaktivitas diperhitungkan. Bagaimana menyikapi hal ini?
Sekarang kita tahu bahwa Bimasakti hanyalah satu dari beberapa ratus miliar galaksi yang dapat dilihat dengan menggunakan teropong modern. Sedangkan setiap galaksi sendiri memiliki beberapa ratus miliar bintang. Bimasakti mempunyai garis tengah sekitar 100.000 tahun cahaya. Galaksi ini berputar lambat-lambat, bintang-bintang dalam lengan-lengan spiralnya beredar mengitari pusat galaksi sekali dalam beberapa ratus juta tahun. Jika gravitasi dibatasi pada kecepatan cahaya, tentulah ia akan sangat kesulitan menyatukan benda-benda yang ada dalam ruang-waktu yang demikian besar, Bimasakti misalnya. Sedangkan kita memiliki miliaran galaksi lain yang harus disatukan semuanya dalam satu sistem.
Mungkinkah gravitasi bukan termasuk jenis interaksi kuantum? Gravitasi haruslah bisa bergerak lebih cepat dari cahaya, dan mengikat semua benda dalam mahadomain jagat raya. Gravitasi adalah interaksi gaib ‘aksi pada jarak’ yang tidak mematuhi baik relativitas maupun kuantum.
sumber:http://netsains.com/2009/02/gravitasi-dan-mekanisme-alam/
http://myscienceblogs.com/kids/2007/08/02/gaya-gravitasi-dan-berat-tubuh-astronot/
:.