astronot

Hukum Newton tentang Gravitasi : Gaya Gravitasi, Medan Gravitasi, dan Energi Potensial Gravitasi

Posted on

Coba pembaca bayangkan seorang astronaut yang sedang berjalan- jalan di bulan. Dengan sedikit gaya pijakan ketika berjalan, seorang astronaut akan tampak seperti melayang. Mengapa hal tersebut dapat terjadi? Bulan berukuran jauh lebih kecil daripada bumi. Oleh karena itu, percepatan gravitasi bulan lebih kecil daripada percepatan gravitasi bumi.

astronot

Dengan percepatan gravitasi yang kecil, berat astronaut banyak berkurang dibandingkan dengan berat badannya di bumi. Gaya berat tersebut merupakan gaya yang menjaga astronaut tetap berada di permukaan bulan. Oleh karena nilainya yang kecil, benda-benda di permukaan bulan mudah terlepas dari permukaan bulan. Bagaimana percepatan gravitasi di planet-planet selain bumi? Temukan jawabannya dengan mempelajari artikel dibawah ini.

Hukum Newton tentang Gravitasi

Gaya Gravitasi

Benda-benda di bumi cenderung tertarik ke pusat bumi. Hal ini merupakan akibat adanya gaya tarik bumi atau gaya gravitasi bumi. Menurut Newton, apabila ada dua benda berdekatan, akan timbul gaya gravitasi atau gaya tarik-menarik antarbenda. Gaya gravitasi ini sesuai dengan hukum Newton yang berbunyi sebagai berikut.

“Semua benda di alam akan menarik benda lain dengan gaya yang besarnya sebanding dengan hasil kali massa partikel tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.”

Secara matematis, hukum Newton tentang gravitasi dirumuskan sebagai berikut.

1fis

Keterangan:
F = gaya grativasi (N)
G = tetapan grativasi umum= 6,67 x 10-11 nm2/kg2
m1 = massa benda 1 (kg)
m2 = massa benda 2 (kg)
r = jarak dua benda (kg)

Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya aksi reaksi. Benda 1 menarik benda 2 (F21) dan benda 2 menarik benda 1 (F12), Berdasarkan hukum III Newton kedua gaya ini besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan.

a. Tetapan Gravitasi Umum (G)

Pada saat Newton mengemukakan teorinya tentang gravitasi, G merupakan suatu konstanta yang belum diketahui nilainya. Orang yang pertama kali melakukan eksperimen untuk menentukan nilai G adalah Henry Cavendish. Pada tahun 1798, dengan menggunakan neraca torsi yang diperhalus dan sangat peka, Henry Cavendish berhasil menemukan nilai G sebesar 6,754 x 1011 Nm2/kg2. Saat ini ditetapkan nilai G sebesar 6,67 x 10-11 Nm2/kg2. Untuk menghormati jasanya, neraca torsi tersebut diberi nama neraca Cavendish.

b. Resultan Gaya Gravitasi

Apabila sebuah benda mengalami dua buah gaya gravitasi atau lebih, gaya gravitasi yang dialami benda tersebut merupakan jumlah gaya-gaya gravitasi yang dihitung berdasarkan penjumlahan vektor.

2fis

F12 (dibaca: F satu dua, bukan F dua belas) adalah gaya gravitasi yang dialami m1 akibat gaya tarik m2. F13 adalah gaya gravitasi yang dialami m1 akibat gaya tarik m3.Penjumlahan kedua gaya gravitasi di atas sebagai berikut.

3fis

Θ adalah sudut yang dibentuk oleh dua buah vector.

Medan Gravitasi

Gaya gravitasi termasuk gaya nonkontak, yaitu gaya yang bekerja tanpa bersentuhan langsung dengan benda. Gaya gravitasi dapat bekerja pada suatu benda apabila benda tersebut berada dalam suatu medan gravitasi. Medan gravitasi adalah ruangan di sekitar benda bermassa yang masih memiliki nilai percepatan gravitasi. Akibatnya, benda lain yang berada di dalam ruangan ini masih mengalami gaya gravitasi. Medan gravitasi digambarkan sebagai berikut.

a. Kuat Medan Gravitasi atau Percepatan Gravitasi pada Suatu Planet

Kuat medan gravitasi merupakan besarnya gaya gravitasi yang bekerja tiap satuan massa. Dengan demikian, kuat medan gravitasi dirumuskan sebagai berikut.

1. Kuat medan gravitasi pada permukaan

Apabila terdapat suatu planet dengan massa M dan jari-jari R, kuat medan gravitasi pada permukaan planet sebagai berikut.

4fis

2. Kuat medan gravitasi pada ketinggiari h di atas planet

Apabila suatu benda berada pada ketinggian h di atas permukaan planet , jarak benda terhadap pusat bumi sebesar (R + h). Dengan demikian, kuat medan gravitasi atau percepatan gravitasi pada ketinggian h di atas permukaan planet sebagai berikut.

5fis

Besar percepatan gravitasi yang dialami semua benda pada permukaan planet adalah sama. Selembar bulu binatang dan batu yang dijatuhkan dari ketinggian yang sama dalam tabung hampa udara akan mencapai dasar tabung secara bersamaan. Akan tetapi, dalam kehidupan sehari-hari, batu akan sampai ke tanah tertebih dahulu daripada bulu binatang apabila kedua benda tersebut dijatuhkan dari ketinggian yang sama pada saat bersamaan. Hal ini bukan berarti karena percepatan gravitasi yang dialami kedua benda berbeda nilainya. Akan tetapi, karena bulu binatang mengalami gesekan udara yang lebih besar sehingga terhambat dan memerlukan waktu lebih lama untuk sampai ke permukaan bumi.

b. Perbandingan Percepatan Gravitasi Dua Buah Planet

Apabila terdapat planet mA dan mB serta memiliki jari-jari RA dan RB, perbandingan antara percepatan gravitasi planet A dan B sebagai berikut.

7fis

c. Resultan Percepatan Gravitasi yang Dialami Suatu Benda

Seperti halnya gaya gravitasi yang dialami suatu benda, percepatan gravitasi juga merupakan besaran vektor. Penjumlahan percepatan gravitasi yang dialami suatu benda adalah penjumlahan secara vektor dari tiap-tiap percepatan gravitasi tersebut.

8fis

Energi Potensial Gravitasi dan Potensiai Gravitasi

a. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial benda bermassa m yang terletak pada jarak r dari pusat planet dinyatakan sebagai berikut.

9fis

b. Potensial Gravitasi

Potensial gravitasi merupakan besar energi potensial gravitasi per satuan massa. Secara matematis, potensial gravitasi dirumuskan sebagai berikut.

10fis

Potensial gravitasi merupakan besaran skalar. Oleh karena itu, potensial gravitasi yang disebabkan oleh beberapa benda bermassa merupakan jumlah dari potensial gravitasi dari tiap-tiap benda yang dirumuskan sebagai berikut.

11fis

Demikian penjelasan yang bisa kami sampaikan tentang Hukum Newton tentang Gravitasi : Gaya Gravitasi, Medan Gravitasi, dan Energi Potensial Gravitasi. Semoga postingan ini bermanfaat bagi pembaca dan bisa dijadikan sumber literatur untuk mengerjakan tugas. Sampai jumpa pada postingan selanjutnya.


Baca postingan selanjutnya: