Percepatan Gravitasi : Pengertian – Dasar Teori – Rumus dan Contoh Soal

Gaya merupakan bagian dari bahasan ilmu pengetahuan alam atau lebih tepatnya pelajaran fisika, ilmu yang mempelajari segala sesuatu tentang makhluk tidak hidup dan gejala alam. Gaya ini secara sederhana diartikan sebagai tarikan dan dorongan.

Saat Sekolah Dasar sudah diberi pemahaman tentang pengaruh gaya dalam kehidupan sehari-hari. Pengaruh tersebut, antara lain dapat mengubah bentuk benda, mengubah arah benda, dan membuat benda gerak. Dari sini kemudian gaya dibagi menjadi berbagai bentuk sesuai asalnya, yaitu:

• Gaya otot
• Gaya pegas
• Gaya gesek
• Gaya listrik
• Gaya gravitasi
• Gaya magnet

Khusus dalam artikel kali ini kita akan membahas tentang gaya gravitasi, secara tepat sesuai judul kita membahas percepatan gravitasi.

Gaya gravitasi baru dikenal sekitar abad 16 kemudian dipertegas oleh Issac Newton, Ilmuwan Gravitasi yang paling dikenal dengan diakui teori dan perhitungannya. Gravitasi didefinisikan sebagai gaya tarik menarik antar partikel yang mempunyai massa. Gaya tarik ini membuat dua buah benda bergerak mendekati atau membentuk keteraturan. Partikel dengan gaya gravitasi lebih besar terlihat menarik benda atau partikel yang memiliki gaya gravitasi kecil.

Contohnya, setiap planet di tata surya mempunyai gaya gravitasi. Namun, karena gaya gravitasi matahari lebih besar maka semua planet tertarik ke arah matahari dan seakan membentuk lintasan. Bayangkan jika tidak ada gaya gravitasi matahari, semua planet berada dalam lintasan tidak teratur.

Bumi, planet yang didiami oleh manusia mempunyai gaya gravitasi yang dikenal dengan gravitasi bumi. Gaya ini pertama kali diperkenalkan oleh Newton pada tahun 1687. Teori Newton yang didapat setelah mengamati apel yang jatuh dari pohon disebut sebagai fenomena benda jatuh. Gaya gravitasi bumi yang dapat ditemui dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

• Bola yang dilempar ke atas selalu jatuh ke bawah, perhatikan dalam setiap olahraga permainan bola kecil dan bola besar, seperti sepak bola, bola kasti, basket, dan voli.
• Saat lompat tali, meskipun kita tinggi melompat posisi akan kembali ke bawah dengan arah yang sama, kepala tetap di atas.
• Jatuh dari ketinggian, selalu jatuh ke arah bawah menyentuh tanah sehingga menimbulkan luka atau goresan pada kulit.
• Olahraga terjun payung, angin hanya memperlambat proses jatuhnya olahragawan dan payungnya ke arah bawah. Selama beberapa menit, terjun payung tetap mendekati bumi.

Jadi apa yang dimaksud dengan percepatan gravitasi? Percepatan gravitasi adalah waktu rata-rata yang dibutuhkan partikel untuk menarik partikel ke arahnya dalam jarak atau medan gravitasi tertentu. Percepatan gravitasi bumi adalah besarnya gaya tarik bumi yang bekerja pada benda.

Sementara yang dimaksud medan gravitasi seperti yang disebutkan di atas, yaitu bidang yang menyebabkan benda dengan massa tertentu mengalami gaya gravitasi atau gaya tarik. Medan gravitasi ini merupakan jangkauan suatu gravitasi. Di luar medan gravitasi, gaya tarik tidak akan mempengaruhi.

Adanya gaya gravitasi telah sejak lama disadari para ilmuwan. Mereka meyakini bahwa selain kekuatan Tuhan yang mengatur alam semesta, ada mekanisme tertentu yang membuat semua keteraturan. Keteraturan yang dimaksud seperti semua yang berada di bumi tetap berada di tempatnya meski disebut bentuk bumi bulat, planet dan bintang tidak saling bertabrakan, dan sebagainya.

Berdasarkan hal tersebut, banyak ilmuwan melakukan penelitian tentang alam semesta. Beberapa di antaranya disebut sebagai peletak dasar teori percepatan gravitasi.

1. Teori Ptolemy atau Ptolemeus Tahun 100 M

Ptolemeus dengan segala keterbatasan teknologi yang ada pada zamannya menyebutkan teori yang kemudian dipakai selama ratusan tahun, yaitu teori geosentris. Berdasarkan teori ini disebutkan bahwa semua benda langit, termasuk planet-planet dan matahari mengelilingi bumi sebagai pusatnya.

Ptolemy belum dapat menyebutkan apa yang menyebabkan semua benda bergerak dan mengelilingi bumi. Namun, ilmuwan saat ini sepakat bahwa teori geosentris bagian dari teori dasar percepatan gravitasi. Dengan penelitian yang dilakukannya, ilmuwan lain tergerak untuk membuktikan sekaligus mencari penyebabnya.

2. Copernicus Tahun 1543 M

Teori Ptolomeus tidak terpatahkan selama lebih dari 1 abad. Baru sekitar tahun 1543, Copernicus mengeluarkan teori baru sekaligus mengoreksi teori pertama. Copernicus yang melakukan penelitian setelah ditemukannya teropong sederhana atau teropong pantul atau teropong bintang, menyebutkan bahwa semua benda langit memang bergerak dengan mengelilingi sesuatu.

Namun, benda langit bukan beredar mengelilingi bumi sebagai pusatnya. Semua benda langit dalam tata surya bergerak dan berkeliling dengan matahari sebagai pusatnya. Teori ini cukup lama tidak diakui oleh masyarakat pada zamannya. Berkat penelitian lain yang terus berkembang, akhirnya teori heliosentris atau teori matahari sebagai pusat tata surya diakui sampai kini.

3. Thyco Brahe dan Johanes Kepler Tahun 1609

Thyco dan asistennya juga merupakan peneliti di bidang ilmu bumi. Mereka menemukan bahwa orbit atau garis edar planet mengelilingi matahari tidak berbentuk lingkaran atau bulat sempurna. Orbit planet berbentuk elips. Dengan demikian ada saat tertentu planet berada sangat dekat dengan matahari sementara di kain waktu sangat jauh.

Kepler juga merumuskan jarak antar planet dan jarak planet dengan matahari. Perumusan dan teori ini disebut Hukum Kepler. Claudius Copernicus dan Kepler saat itu belum dapat merumuskan mengapa planet dan benda langit lain bergerak mengelilingi matahari dan mempunyai orbit masing-masing.

4. Issac Newton Tahun 1680

Sudah sedikit diuraikan di atas bahwa Issac Newton merupakan ilmuwan penemu gaya gravitasi. Teori yang diperkenalkannya kemudian dikenal dengan sebutan Hukum Newton. Hukum Newton III merupakan pernyataan bahwa gaya gravitasi dipengaruhi oleh percepatan gravitasi dan massanya.

5. Henry Cavendish Tahun 1789

Setelah Newton menemukan gaya gravitasi dan hukumnya, Cavendish menghitung percepatan gravitasi. Saat itu belum ada alat seperti gravitymeter untuk menghitung percepatan gravitasi di bumi. Cavendish menghitung percepatan gravitasi di beberapa tempat menggunakan neraca torsi atau ayunan bandul sederhana.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Percepatan Gravitasi

Secara sederhana faktor-faktor yang mempengaruhi percepatan gravitasi dapat terlihat pada rumus yang akan ditampilkan di bagian akhir artikel. Namun, sedikit penjelasan ini diharapkan dapat membantu.

1. Ketinggian

Ketinggian mempengaruhi besarnya percepatan gravitasi di bumi. Pengaruhnya berbanding terbalik. Semakin tinggi jarak benda dari permukaan bumi, maka percepatan gravitasi semakin kecil. Itu sebabnya di luar angkasa tidak ada daya tarik bumi. Namun, ketinggian ini akan signifikan pengaruhnya jika mendekati atau lebih besar dari jari-jari bumi.

2. Kedalaman

Kedalaman menunjukkan sebuah benda yang berada di bawah permukaan laut, yang artinya jarak benda dengan pusat lebih kecil dari jari-jari bumi.
Percepatan gravitasi bumi di kedalaman tertentu lebih kecil dibandingkan benda di permukaan bumi.

3. Letak Lintang

Bentuk bumi tidak bulat sempurna seperti bola. Di bagian kutub dengan garis lintang 0 derajat bumi sedikit pepat. Jari-jari bumi di wilayah ini semakin kecil. Jika menggunakan rumus percepatan gravitasi dapat ditemukan bahwa percepatan gravitasi di kutub lebih besar di bandingkan di equator.

Rumus Percepatan Gravitasi

Secara sederhana, dalam Hukum Newton II dirumuskan :

F = m. a

• F = besar gaya dalam newton
• m = massa dalam kg
• a= percepatan

Rumus secara menyeluruh digambarkan pada gambar di bawah ini.

Contoh Soal dan Pembahasan Percepatan Gravitasi

Hitunglah besar percepatan gravitasi di bulan, jika diketahui massa bulan 7,35 kg x 10²² kg dan jari jari bulan 1.740.000 meter.  Konstanta gravitasi = 6,67 x 10^-11Nm²/kg².

Jawab:

M =7,35 kg x10²²

r = 1,7 x 10⁶ m

G = 6,67 x 10^-11Nm²/kg²

Percepatan gravitasi =g = Gx M/r² = 1,62 m /s²

Percepatan gravitasi bulan lebih kecil dibandingkan di bumi.