Gravitasi Universal

Gaya yang menarik kita selalu menuju ke bawah itu disebut gaya gravitasi. Gaya gravitasi terdapat pada semua benda. Semakin besar massa/berat benda tersebut, semakin besar pula gaya gravitasi yang ditimbulkannya.

Bumi kita merupakan bola yang sangat besar, sehingga bumi memiliki gaya gravitasi yang besar pula yang dapat menarik segala benda yang berada di dekatnya (rumah, manusia, batu, binatang, bahkan juga bulan dan satelit yang mengelilingi bumi kita). Oleh karena itulah, walaupun kita berada di bagian bawah bola bumi, kita tidak akan jatuh karena ada gaya gravitasi bumi yang arahnya menuju pusat bola bumi.

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

G adalahkonstanta grafitasi

m₁ adalah besar massa titik pertama

m₂ adalah besar massa titik kedua

r adalah jarak antara kedua massa titik, dan

g adalah percepatan gravitasi=

Dalam sistem Internasional, F diukur dalam newton (N), m₁ dan m₂ dalam kilogram (kg), r dalam meter(m), dsn konstanta G kira-kira sama dengan 6,67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻².

Dari persamaan ini dapat diturunkan persamaan untuk menghitung berat. Berat suatu benda adalah hasil kali massa benda tersebut dengan percepatan gravitasi bumi. Persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: W = mg. W adalah gaya berat benda tersebut, m adalah massa dan g adalah percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi ini berbeda-beda dari satu tempat ke tempat lain.

Selain mengembangkan ketiga hukum tentang gerak, Newton juga meneliti pergerakan bulan dan planet-planet. Newton memikirkan gaya yang memperthankan bulan mengelilingi bumi pada orbitnya yang berbentuk lingkaran.

Menurut sebuah cerita yang sudah sangat terkenal, konon ide awal tentang gravitasi diilhami saat Newton melihat buah apel yang jatuh dari pohon. Buah apel dan semua benda yang jatuh ke bumi mengalami percepatan dan selalu mengarah ke bawah (pusat bumi). Berarti ada yang menarik benda tersebut ke bawah.Siapa? Tentu bumilah yang menariknya. Jika buah apel jatuh dari pohon, berarti gaya tarik bumi bekerja di puncak pohon, di puncak bukit, atau bahkan sampai juga ke bulan!

Jika gravitasi bekerja pada apel yang jatuh, bulan dan planet-planet, Newton berksimpulan gaya gravitasi berlaku universal pada semua benda-benda di alam semesta. Semantara itu Newton juga menyadari bulan bergerak melingkar, yang tentu saja harus muncul gaya sentripetal. Newton berkeyakinan bahwa gaya sentripetal yang mempengaruhi gerak melingkar bulan tidak lain adalah gaya gravitasi. Setalah yakin keberadaan gaya gravitasi, Newton mempublikasikan hukum Gravitasi universal pada tahun 1687 yang ditulis dalam buku “Philosophiae naturalis principia mathematica” yang dinyatakan sebagai berikut:

Setiap benda menarik benda lain yang besarnya sebanding dengan hasil kali massa-massa kedua benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.

Gaya gravitasi merupakan salah satu gaya yang merupakan bagian dari “hukum kuadrat terbalik (inverse-square lawa)” Pada awalnya gagasan newton tentang gravitasi sulit diterima. Gaya gravitasi bekerja pada jarak jauh tanpa melalui kontak. Bumi menarik apel, bulan meskipun tidak ada kontak diantara keduanya.Pada tahun 1798 Henry Cavendish mengukur nilai G untuk pertama kalinya. Gambar (2.2) adalah sketsa dari peralatan cavendish. Dua bola kecil identik bermassa masing-masing m ditempatkan pada ujung-ujung sebuah batang ringan horisontal yang digantungkan pada sebuah tali yang sangat halus. Ketika bola besar yang bermassa ditempatkan sedemikian rupa terjadi gaya gravitasi antara benda m dan M, sehingga akan menghasilkan puntiran dari titik kesetimbangan sebesar sudut θ terhadap tali penggantung. Besar gaya gravitasi ditentukan dari besar puntiran yang dapat dideteksi dengan mengarahkan berkas cahaya ke sebuah cermin. Karena F, m, M, dan r dapat diukur, maka nilai G dapat dicari. 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.

Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda di sekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda-benda yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada di luar angkasa, seperti bulan, meteor, dan benda angkasa lainnya, termasuk satelit buatan manusia.

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 (9,78m/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.